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Montag, 21. Februar 2011, 21:42

Schaltmischer Biasing (Bus Switches)

Hallo Schaltmischer Anwender!

Habe durch Zufall einen Artikel gefunden, den ich Euch nicht vorenthalten möchte und der meines Erachtens einen sehr interessanten Hinweis zur Vorspannung bei Schaltmischern gibt:
Bus Switches as Analogue Switches (Biasing for Mixers with Bus Switches)
http://m0rjd.birchley.net/bus-switches.html
(FST3125)

Dazu und auch z.T. im Gegensatz nochmals die altbekannten KnowHow Quellen:
Schaltmischer Betrachtung von Günter, DL7LA
http://www.mydarc.de/dl7la/sdr/index.html
H-Mode-Mixer Studien von Martein, PA3AKE
http://www.xs4all.nl/~martein/pa3ake/hmode/
H-Mode Mixer QEX-Artikel Sergio, IK4AUY
http://www.webalice.it/romano.cartoceti/pdf%20files/IK4AUY_ qex_07-2004.pdf

NACHTRAG: Weils oben nicht gleich ersichtlich ist, aber der besagte Artikel von M0RJD steht bezüglich Bias im krassen Gegensatz zu allen anderen Quellen! Was stimmt?
73 de Chris, OE3HBW

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »chirt« (22. Februar 2011, 12:56) aus folgendem Grund: Zusätzlicher Hinweis


  • »KubiK« ist männlich

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Hobbys: Selbstbau, QRP, DC-HF/VHF/UHF RX-TRX, SSB, PSK31, Meßtechnik

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Donnerstag, 24. Februar 2011, 02:02

Hallo, Christian,


NACHTRAG: Weils oben nicht gleich ersichtlich ist, aber der besagte Artikel von M0RJD steht bezüglich Bias im krassen Gegensatz zu allen anderen Quellen! Was stimmt?


beides stimmt :P, es kommt auf den Verwendungszweck an. Bob, M0RJD, bezieht sich insbesondere auf die Bandfilterumschaltung mittels FST3125 im PICASTAR HF-TRX. Um die Durchgangsdämpfung gering zu halten ist der kleinstmögliche Kanalwiderstand der jeweils 2 parallegeschalteten Busschalter gefordert. Die Schalter im FST3125 bestehen aus einem symmetrischen N-Kanal FET, eine geringere BIAS-Spannung maximiert die Gate-Source Spannung (= Betriebsspannung - BIAS) wodurch der Kanalwiderstand minimiert wird. In der Bandfilterumschaltung ist es ein ziemlicher Unterschied ob die Schalter 10W oder, durch optimieren der BIAS-Spannung, nur noch 5W haben.

Aus den Datenblattwerten des FST3125 kann man den qualitativen Verlauf des Kanalwiderstandes (Ron) schätzen da leider nicht explizit angegeben:



Die Ron-Kurve ist stark gekrümmt und wird mit steigender Gate-Source Spannung Ugs immer flacher. Das Analogsignal (HF) schwimmt auf der BIAS-Spannung, moduliert damit den Kanalwiderstand Ron und erzeugt unerwünschte Verzerrungen. Durch geschickte Wahl der BIAS-Spannung kann diese "Ron - Modulation" so gering wie möglich gehalten werden.

Anders verhält es sich z.B. bei Busschalter der 4066 Reihe:



Der Schalter wird hier mit 2 komplementären FET realisiert, wodurch der Kanalwiderstand über BIAS/Betriebsspannung den oben gezeigten "Twin Peaks" Verlauf zeigt. Nimmt man hier den 74LVC4066 als Bsp., ist die optimale BIAS-Spannung, für die hier betrachteten Anwendungsfälle, zufällig stets die halbe Betriebsspannung. Nicht nur das der Kanalwiderstand in diesem Punkt minimal ist, auch dessen Modulation durch hohe HF-Spannungen ist, im Gegensatz zum FST3125, äußerst gering.

Bei Schaltmischer verhält sich das ähnlich. In vielen SDR-Empfänger mit Samplingmischer legt man die BIAS-Spannung, abhängig vom verwendeten Buschaltertyp, nicht immer exakt auf die halbe Betriebsspannung. Da die HF direkt über die Schalter fließt und dessen Ron moduliert sind IP3 Werte von "nur" ~30dBm die Regel, um höher zu kommen sind andere Topologien wie z.B. H-Mode Mischer u.ä. notwendig. Analog dazu verhält es sich beim mit Busschalter realisierten Ringmischer. Die Schalter führen hier auch abwechselnd HF, durch geschickte Wahl des Schaltertyps und der BIAS-Spannung können die Intermodulationseigenschaften zwar optimiert werden, viel höhere IP3-Werte als 30dBm sind aber trotzdem schwer zu erreichen.

Beim H-Mode fließt die HF nicht direkt über die Schalter, diese dienen nur dazu Übertragerwicklungen abwechselnd nach Masse kurzuschließen, der Kanalwiderstand wird damit kaum bis gar nicht moduliert, wodurch der IP3 in Bereiche vorstößt wo die Qualität der Übertrager entscheidend wird. Eine nicht ganz optimale BIAS-Spannung (halbe Betriebsspannung) spielt hier keine so große Rolle, ob die Busschalter nun 5W oder gar 10W haben äußert sich nur in einer um wenige Zehntel dB höheren Durchgangsdämpfung. Selbstverständlich läßt sich über eine Feineinstellung der BIAS-Spannung auch noch das letzte dB zugunsten des IP3 herausquetschen.
vy 72/73, Reinhold.

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Donnerstag, 24. Februar 2011, 20:32

Hallo Reinhold!

Vielen Dank für die gute Erläuterung!
Es ist wirklich erstaunlich was es alles zu berücksichtigen gilt und wieviel man beim Bau eines RX (HGCR2010) alles lernen kann. Die Mischerexperimente sind hochinteressant und es ist immer wieder etwas Neues zu entdecken. Als ersten Mischer habe ich den Schaltmischer (FST3126) in KubiK-Topologie ;) und den zweiten Mischer als H-Mode Variante aufgebaut (FST3125).
73 de Chris, OE3HBW

  • »VolkerB« ist männlich

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4

Sonntag, 20. Januar 2013, 11:20

M0RJD ist mit seiner web site umgezogen. Der sehr interessante Artikel über das Biasing von Bus-Switches findet sich jetzt auf http://www.m0rjd.co.uk/bus-switches.html

Grüße,
Volker