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1

Montag, 11. November 2013, 12:57

Quadratursignalerzeugung 0/90/180/270°

Werte Praktiker!

Für einen VHF-SDR (zumindest von 135 - 155 MHz, eher 180 MHz) benötige ich ausgehend von einem Si570 LVDS Oszillator ein Quadratursignal mit 0, 90, 180, 270°
Entscheidend sind 3 Parameter:
  • Phasenfehler
  • Amplitudenfehler
  • Phasenrauschen
Die übliche Quadratursignalerzeugung mit 74AC74 stösst da an seine Grenzen (lt. Datenblatt 160 MHz) Geht nicht mehr mit 2x Fo oder gar 4xFo Methode.
ECL Bausteine wie z.B. SY10EP52 wären eine Möglichkeit (wie z.B. WB6DHW in seinem UHF-SDR verwendet), aber schwer zu bekommen.

Frage: Welche Möglichkeiten zur doppelten Quadratursignalerzeugung (mit Standardbausteinen und abgeleitet von Si570 LVDS) stehen zur Verfügung?

Hinweis: die Quadratur-Hybride mit LC sind mir bekannt.

.
73 de Chris, OE3HBW

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »chirt« (13. November 2013, 08:58)


2

Montag, 11. November 2013, 14:00

Vielleicht ein FPGA

eine (zugegebenermassen sehr teure) Variante waere ein FPGA a la Spartan 6.
Ich experimentiere gerade mit diesem Dev Board:

http://www.xess.com/shop/product/xula2-lx25/

Der Spartan 6 hat mehrere Digital Clock Management Units an Bord. Diese
koennen aus einem Eingangstakt vier um 90Grad versetzte Takte erzeugen.
Der von Dir angegebene Taktbereich kann abgedeckt werden.
Ciao,
Uwe / DO8UL.

3

Montag, 11. November 2013, 15:06

Hallo Uwe!

Ja ein FPGA wäre eine gute Möglichkeit, allerdings auch sehr aufwendig/teuer.

Der Si570 liefert mir schon zwei um 180° versetze Signale (LVDS). Diese sollten nun jeweils noch um 90° versetzt werden....

Möglich wären 2x2 XOR (als zwei "fundamental squarer"). Ich bin aber nicht sicher ob dann nicht der Phasenfehler zu groß wird.


.
73 de Chris, OE3HBW

4

Montag, 11. November 2013, 15:24

Alternative

vielleicht kannst Du ja von hier noch ein
paar Ideen bekommen:
http://www.wenzel.com/pdffiles1/pdfs/dividers.pdf
Insbesondere der Abschnitt "Getting More Speed from a Logic Family"
Ciao,
Uwe / DO8UL.

5

Dienstag, 12. November 2013, 08:51

Hallo Chris,

ich würde mich mal schlau machen wie ein RF Frontend bei Mobilfunk-Basisstationen aufgebaut sein kann. Es gibt fertige Chipsätze hierfür. Weiteres Stichwort: digital Tuner (IC fix und fertig).

73 de Günter
dl5sdc

6

Dienstag, 12. November 2013, 13:30

Hallo

@Günter: Mir ist klar, dass Mobilfunk Front Ends derart aufgebaut sind. Alle von mir gefundenen Chipsätze beinhalten jedoch nicht nur die IQ-LO Aufbereitung, sondern zumindest auch den Mischer.

Ich suche nur eine Methode wie ich aus den CLK+/CLK-LVDS Signalen des Si570 die vier 0/90/180/270 Signale erzeugen kann, wobei Frequenzen bis maximal etwa 180 MHz benötigt werden.

(Falls es dazu einen Chip gibt der auch von den üblichen Elektronikhändlern geführt wird, um so besser)

Bislang habe ich eigentlich nur die 4 x fo Methode (4 x 180 = 720 MHz !) mit (P)ECL D-FF gefunden. In Frage käme der MC10EP52 (z.B. bei Farnell um 7,34 EUR)
Für FPGA fehlt mir das KnowHow, sie sind für mich zu aufwendig.

Hat jemand noch eine Idee?
73 de Chris, OE3HBW

7

Dienstag, 12. November 2013, 13:57

Hallo Chris,
Ich habe das nur kurz ueberflogen, aber waere evtl. die im verlinkten Dokument
vorgeschlagene "KISS Mixer" Architektur etwas fuer Dich? Soweit ich sehe, werden
dort keine Quadratur-Signale benoetigt??? Ansonsten habe ich auch keine weiteren
Ideen.

http://www.mikrocontroller.net/attachmen…xer_Musings.pdf
Ciao,
Uwe / DO8UL.

8

Dienstag, 12. November 2013, 15:35

Hallo Praktiker!

Möglicherweise bin ich missverstanden worden, daher nochmals meine Anforderungen:

Derzeit plane ich einen VHF-RX (etwa 120 - 180 MHz) in einer speziellen Mischer-Konfiguration. Als Mischer kommen zwei PE4140 zum Einsatz. Diese werden mit 0/180/90/270° angesteuert (I+/I-/Q+/Q-). Als LO soll ein Si570 LVDS (800 MHz Version) verwendet werden. Ich suche nach einer Methode um aus den 2 differentiellen LVDS Signalen die vier Quadratursignale mit maximal 180 MHz zu erzeugen.
Die übliche Methode mit zwei D-FF benötigt 4 x fo = 720 MHz. Die gängigen 74xx74 sind nur bis etwa 160 MHz einsetzbar.

Bei der Methode mit den zwei XOR Gattern (fundamental squarer) bin skeptisch ob diese bei 180 MHz den benötigten geringen Phasenfehler liefern.

Denkbar wäre ein FPGA einzusetzen. Dazu habe ich nicht die Möglichkeiten. Möglich ist der ECL-FF Einsatz mit z.B. MC10EP52 (z.B. bei Farnell um 7,34 EUR)

Frage: Wer kennt weitere Methoden um die 0/180/90/270° zu erzeugen. Ideen?

Ich suche KEINE Mischeranordnungen oder Chipsätze die den Mischer bereits beinhalten. Es geht mir nur um die 0/180/90/270° Generierung.

.
73 de Chris, OE3HBW

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9

Dienstag, 12. November 2013, 15:37

Hallo Christian,

Zitat von »chirt«


Ich suche nur eine Methode wie ich aus den CLK+/CLK-LVDS Signalen des Si570 die vier 0/90/180/270 Signale erzeugen kann, wobei Frequenzen bis maximal etwa 180 MHz benötigt werden.[/b]
(Falls es dazu einen Chip gibt der auch von den üblichen Elektronikhändlern geführt wird, um so besser)

Bislang habe ich eigentlich nur die 4 x fo Methode (4 x 180 = 720 MHz !) mit (P)ECL D-FF gefunden. In Frage käme der MC10EP52 (z.B. bei Farnell um 7,34 EUR)


da der Si570 schon Q und Q/ liefert, reicht die 2 x fo Methode aus. Zwei D-FF als DIV : 2 wären geeignet, z.B. der 74ALVC74 (Philips/NXP, typ. fmax=400MHz @ 3,3V) oder Einzelgatter wie der 74AUP1G74 (NXP, typ. fmax = 600MHz @ 3,3V). Da die D-FF's eigene Q und Q/ Ausgänge haben, sind alle von dir benötigten Phasenzustände verfügbar. Zwei passende LVDS-Receiver könnten z.B. den LVDS Ausgang des Si570 auf LV-TTL bringen um die D-FF's anzusteuern.

Andere Möglichkeiten:

a. Fix und fertige Kombinationen aus IQ-Demodulator bzw. -Modulator (falls es ein TRX sein soll) wie z.B. LTC5584/LTC5598 oder ADL5387/ADL5385.
b. Oberwellenmischung bei Sampling Mischern ausnutzen und z.B. auf 1/3 der eigentlichen Empfangsfrequenz arbeiten.
c. Eine variable oder feste ZF vorsehen. Nur ein einziger LO ist erforderlich, z.B. Empfangsfrequenz fe = fo + (4 x fo), die (variable) ZF wäre stets fo / 4.
d. Subharmonik Dioden- bzw. Schaltmischer benutzen. Das entschärft die Anforderungen an den LO bzw. den D-FF's im Phasenschieber.
vy 72/73, Reinhold.

10

Dienstag, 12. November 2013, 16:19

Hallo Reinhold!

Du hast mich bei Denkfehler ertappt, eine Quadratur per D-FF der beiden um 180° verschobenen zwei 360 MHz Signale ergibt die gewünschten 0/180/90/270° mit 180 MHz. Es genügt also 2 x f0 :thumbsup:
Damit komme ich wieder in den Bereich von Bauteilen wie dem 74ALVC74 und brauche nicht auf ECL ausweichen.

Allerdings muss ich von LVDS Pegel auf LVTTL kommen. Ist mir noch nicht klar, da ich ja die Differental LVDS Ausgänge EINZELN benötige (0 und 180°) und nicht über LVDS RX zusamengefasst...
Ist wohl eine Zweckentfremdung der LVDS Schnittstelle.

.
73 de Chris, OE3HBW

11

Dienstag, 12. November 2013, 16:53

Hallo Reinhold,

ich bin immer wieder erfreut und erstaut, in welchen Bereichen Du ein Profi bist!

Respekt !
73 de Uwe
DC5PI

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12

Dienstag, 12. November 2013, 19:30

Zitat von »chirt«


Allerdings muss ich von LVDS Pegel auf LVTTL kommen. Ist mir noch nicht klar, da ich ja die Differental LVDS Ausgänge EINZELN benötige (0 und 180°) und nicht über LVDS RX zusamengefasst...
Ist wohl eine Zweckentfremdung der LVDS Schnittstelle.


Der kleinste "analoge" FLEX SDR Transceiver arbeitet gezwungenermaßen auch mit einem fo / 2 Phasenschieber, deshalb hier ein kleiner, für den LVDS Ausgang eines Si570, geringfügig veränderter Schaltungsauszug. Die Eingänge des 1. LVDS-Empfängers sind normal angeschlossen, die Eingänge des 2. Receivers jedoch vertauscht, was dann Q und Q/ in LVTTL (oder LVCMOS) ergibt. Die Symmetrie bzw. der Tastgrad (idealerweise 1/2) der LVDS Eingangsspannung hat den größten Einfluß auf Phasenunterschiede an den Ausgängen der D-FF's.



Das Problem ist nun einen genügend schnellen LVDS-Receiver zu finden. Die mir Bekannten sind für 200MHz (im Datenblatt 400MBps) bis max. 300MHz spezifiziert. Eine Alternative wäre ein schneller LVPECL/LVDS to LVTTL Translator wie z.B. der MC100EPT23 (ON Semi). Wenn alle Stricke reißen dann tun es auch 2 gleiche, AC gekoppelte MMIC HF Verstärker und etwas Vorspannung für die CLK Eingänge der D-FF's.
Vielleicht reicht es aber schon den Si570 direkt mit den D-FF's zu koppeln, für den Fall dass kein 100Ohm Lastwiderstand benutzt wird.


Zitat von »DC5PI«

ich bin immer wieder erfreut und erstaut, in welchen Bereichen Du ein Profi bist!


Nicht bescheiden sein Uwe, das gilt für dich umso mehr. Respekt zurück!
vy 72/73, Reinhold.

13

Mittwoch, 13. November 2013, 08:56

Hallo Reinhold!

Erstmal vielen Dank für deine Unterstützung!

Wenn ich mir die Zugriffszahlen anschaue, dann dürfte das Thema doch für einige Selbstbaupraktiker interresant sein, ich schreibe daher den Thread hier weiter.

Aus Deinen Ausführungen entnehme ich (falls nicht falsch verstanden), dass ich zwar Standard D-FF einsetzen kann, aber mir dafür die Pegel-Problematik LVDS - LVTTL einhandle.
Ich bin - wie Du weisst - Experimenten nicht abgeneigt, aber in Anbetracht der Kosten für den Si570 bin ich mit der Vergewaltigung der LVDS etwas vorsichtig :D

Da stellt sich für mich die Frage ob nicht doch die weiter oben von mir schon erwähnten ECL D-FF mit Differentialeingang eine diskutierbare Varinate darstellen.
Für meine Experimente zwar nicht benötigt, aber für Leute die in noch höhere Frequenzen vordringen wollen sind die MC10EP52 eine (nicht ganz billige) Möglichkeit, die durchaus noch relativ einfach zu erhalten ist.

David, WB6DHW, verwendet in seinem UHF-SDR ebenfalls den Si570 und die SY10EP52 ECL D-FF. Siehe leicht veränderten Schaltplanauszug unten.

Was sagst Du dazu?

.
»chirt« hat folgendes Bild angehängt:
  • IQ_Gen.png
73 de Chris, OE3HBW

14

Mittwoch, 13. November 2013, 15:30

Vhf/uhf-sdr

Hallo Chris,
ich kann mir ungefähr vorstellen, worin das Projekt besteht.
Meine Empfehlung lautet aber, die Unterabtastung in die engere Wahl zu ziehen.
Es gibt mittlerweile Beispiele, an denen man sich orientieren kann (HPSDR, HERMES, etc.)
Auf der Basis einer Kurzwellenlösung, die dabei noch mit abfällt, läßt sich in einer
höheren Nyquistebene ein Empfang von 2m gut umsetzen.
Das ist praktisch auch schon geschehen, siehe Beitrag von DC6NY bei HAMSDR.
Schnelle Teiler für eine direkte Mischung sind nicht notwendig.
Mir ist klar, das war nicht die Frage, dennoch scheint eine modernere Architektur, die zunächst
aufwändiger erscheint, auf lange Sicht die bessere Lösung zu sein.
Mit einer radikalen Abkehr von gewohnten Prinzipien ist es wahrlich nicht einfach, trotzdem...

73, Andreas
DL5CN
dl5cn

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15

Mittwoch, 13. November 2013, 15:57

Zitat von »chirt«


Aus Deinen Ausführungen entnehme ich (falls nicht falsch verstanden), dass ich zwar Standard D-FF einsetzen kann, aber mir dafür die Pegel-Problematik LVDS - LVTTL einhandle.


Ja, um die D-FF's korrekt anzusteuern sollte von LVDS auf LVTTL/LVCMOS gewandelt werden. Weil du bis 180MHz (Takt = 360MHz) empfangen möchtest, müssten die LVDS-Receiver out-of-spec betrieben werden.

Zitat von »chirt«


Da stellt sich für mich die Frage ob nicht doch die weiter oben von mir schon erwähnten ECL D-FF mit Differentialeingang eine diskutierbare Varinate darstellen.
Für meine Experimente zwar nicht benötigt, aber für Leute die in noch höhere Frequenzen vordringen wollen sind die MC10EP52 eine (nicht ganz billige) Möglichkeit, die durchaus noch relativ einfach zu erhalten ist.


Selbstverständlich wären für noch höhere Frequenzen D-FFs in (P)ECL Technik eine gute Alternative. Man könnte dann, zum Preis eines einzelnen (SY)MC10EP52, gleich ein Dual wie z.B. MC100EL29 (ON Semi) oder auch dessen Gegenstück von Micrel (SY100EL29) nehmen wo auch gleichzeitig VBB, zum vorspannen der Eingänge, bereitsteht.

Zitat von »chirt«

David, WB6DHW, verwendet in seinem UHF-SDR ebenfalls den Si570 und die SY10EP52 ECL D-FF. Siehe leicht veränderten Schaltplanauszug unten.


Die Schaltung ist ähnlich der mit LVCMOS D-FFs. Da Differentialeingänge vorhanden und hier die Leitungen zum unteren Clockeingang vertauscht sind, läßt sich mit der fo / 2 Methode arbeiten. Es fehlt noch, um Linearbetrieb zu gewährleisten, die Beschaltung der 4 Open-Emitter Ausgänge. Die Ausgangsspannung mit ca. 0,7Vss an 50Ohm ist nicht besonders hoch und genügt um einen Very-Low-Level (0dBm) Diodenmischer zu treiben, mit Einschränkungen auch einen Low-Level (7dBm) Typ. Um den angegebenen IIP3 von 30...33dBm mit dem PE4141 zu erreichen, wird wohl eine Treiberleistung von 13...17dBm notwendig sein.
vy 72/73, Reinhold.

16

Mittwoch, 13. November 2013, 16:05

Hallo Chris und Reinhold

Bedingt die 2 x f0 Methode nicht, dass der duty cycle des SI570 exakt 50% ist? Laut Datenblatt liegt er aber zwischen 45 und 55%.

73 de Andreas

17

Mittwoch, 13. November 2013, 16:49

Die Unterabtastung, lag mir schon beim Fred-Start auf der Zunge.. aber ich hatte vom "Gefühl" her bedenken, wegen der dämpfung.
So speziell ist nämlich mein Wissen dazu nämlich nicht.
Aber hoch interessant ! Denn wenn das mit der Dämpfung nicht so sehr ein problem ist.. dann ist 70cm auch nicht mehr weit weg ! ;-)

Und das finde ich persönlich höchst interessant.

18

Mittwoch, 13. November 2013, 20:21

Hallo

Danke für Eure Beiträge!

Die notwendige Treiberleistung für den passiven PE4140 ist in der Tat ein weiteres Manko gegenüber von Schaltmischern.

Es steckt kein Geheimnis dahinter was ich bauen möchte. Im Prinzip ist es ein RX wie ihn PE1KTH und PA0RWE mit dem LT5517 entwickelt haben (http://home.kpn.nl/rw.engberts01/Documen…%20deel%201.pdf , Fig. 2, Schema I&Q FrontEnd).
Das Innenleben des LT5517 (inzwischen gibt es neueren Chip mit den selben Funktionen, aber besseren Daten, der Name fällt mir momentan nicht ein) sollte "diskret" nachgebaut werden. Dazu ist eben ein 0/90/180/270-Generator notwendig.
Das Ganze speziell ausgelegt für etwa 130 - 170 MHz.

Ich dachte für die exakte 25% Aufteilung sorgen die D-FF (duty cycle des SI570 nicht exakt 50%), möglicherweise irre ich mich aber. Wäre ein weiteres Problem.

Es gilt jetzt die Vor- und Nachteile der Konzepte abzuwägen. Dabei spielt auch eine Rolle, dass in meiner Bastelkiste schon lange ein LT5517 , ein Si570 und mehrere PE4140 warten...

Die RX mit Direktabtastung sind natürlich sehr interessant, aber (noch) ausserhalb meiner bescheidenen Reichweite als Radiobastler :whistling:

P.S.: Reinhold was meinst Du mit

Zitat

b. Oberwellenmischung bei Sampling Mischern ausnutzen und z.B. auf 1/3 der eigentlichen Empfangsfrequenz arbeiten.
.
73 de Chris, OE3HBW

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19

Mittwoch, 13. November 2013, 21:33

Zitat von »HB9EHI«


Bedingt die 2 x f0 Methode nicht, dass der duty cycle des SI570 exakt 50% ist? Laut Datenblatt liegt er aber zwischen 45 und 55%.


Leider ist das so, Andreas.

Zitat von »chirt«

Ich dachte für die exakte 25% Aufteilung sorgen die D-FF (duty cycle des SI570 nicht exakt 50%), möglicherweise irre ich mich aber. Wäre ein weiteres Problem.


Trifft auf der fo / 4 Methode zu und das auch nur bei den Frequenzen wo die Gatterlaufzeit (D-FF) noch keine Rolle spielt. Da sowieso ein µC verwendet werden muss, könnten Phasen- und Amplitudenkorrekturwerte für jedes MHz gespeichert werden. Die (analoge) Korrekturschaltung benötigt nur 2 x OPV und 2 x I²C Poti.

Zitat von »chirt«

b. Oberwellenmischung bei Sampling Mischern ausnutzen...


Wenn der LO eine Rechteckspannung mit 50% Tastgrad (keine geradzahligen Harmonische) ist, arbeitet ein Samplingmischer, außer auf der eigentlichen Grundwelle, auch auf ungeradzahlige Harmonische. Du mußt dich aber auf einer höheren Durchgangsdämpfung einstellen und es müssen effiziente Bandpässe am Eingang vorgesehen werden. Aus dem selben Grund wird bei den aktuellen "halbanalogen" SDR viel Wert auf einen guten Preselektor gelegt, der Empfangstellen höherer, ungerader Ordnung unterdrückt. Oberwellenmischung klappt selbstverständlich auch mit normalen Diodenmischern, falls dich die hohen Verluste nicht stören.
vy 72/73, Reinhold.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »KubiK« (13. November 2013, 22:08)


20

Freitag, 15. November 2013, 17:14

Hallo

noch ein kleiner Nachtrag zu

Zitat

Das Innenleben des LT5517 (inzwischen gibt es neueren Chip mit den selben Funktionen, aber besseren Daten, der Name fällt mir momentan nicht ein) sollte "diskret" nachgebaut werden. Dazu ist eben ein 0/90/180/270-Generator notwendig.
Ich meinte den LTC5584 von Linear oder auch den ADL5387 von ADI.

Aber wie oben im Thread ersichtlich ist bei der gewünschten Frequenz im VHF Bereich in Kombination mit dem Si570 als LO und dem Mischer PE4140 mit einer Reihe von Nachteilen zu rechnen, wie zB. Pegelprobleme oder Duty Cycle Si570 nicht exakt 50%.

Danke für die Beiträge die zur Klärung der Sachlage Beitragen konnten. Das ist eine große Hilfe bei der Konzeption eines VHF RX.

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73 de Chris, OE3HBW