Schnelles (Hoch-)Frequenzspringen mit handelsüblichen Komponenten

Eine Option ist die Verwendung eines DDS, das 1,2 GHz erreichen kann, mit einem Frequenzverdoppler .

Verdoppler sind im Wesentlichen nur eine nichtlineare Schaltung zur Erzeugung von Oberschwingungen mit einer gewissen Filterung, um die bevorzugte 2. Oberschwingung am Ausgang herauszufiltern, sodass sie beim Ändern der Frequenz keine Einrastzeit benötigen (abgesehen von der Bandbreite des Auswahlfilters). ).

Verdoppler neigen dazu, zumindest einen Teil der Eingangsfrequenz (vielleicht 20 dB oder so unter dem Ausgang der 2. Harmonischen) und auch der 3. Harmonischen zum Ausgang durchzulassen, so dass eine sorgfältige Filterung oder sogar ein einstellbarer Filter erforderlich sein könnte erforderlich, wenn Sie eine sehr reine Ausgangsfrequenz benötigen.

Verdoppler sind in der Regel auch etwas pingelig in Bezug auf den Leistungspegel am Eingang und erzeugen einen Ausgang, der gegenüber dem Eingangspegel gedämpft ist, sodass Sie möglicherweise eine zusätzliche Verstärkung und/oder Dämpfung benötigen, damit das Schema gut funktioniert.

Zwei Anwendungsschaltungen sind im Datenblatt [AD9566] angegeben ... Wie wäre die Umschaltzeit von beispielsweise 1,6 auf 2,4 GHz für diese?

Dies sind beide im Wesentlichen PLL-Schemata. Die Schaltzeit wird durch die Bandbreite des Schleifenfilters begrenzt. Ich würde erwarten, dass es schwierig sein wird, es unter mehrere 10 ns zu bringen. Obwohl 50 ns nicht völlig ausgeschlossen erscheinen, wenn die Schleifenbandbreite bis zu 20 MHz betragen kann. (Dies gilt auch für Ihren Vorschlag einer reinen PLL-Lösung)

Ich würde mich auf den VCO konzentrieren und versuchen, ein Design zu finden, das eine zuverlässige Frequenzänderung pro Volt aufweist . Etwas, das fast "open-loop" betrieben werden kann.

Dies ist eine Priorität, da mein Vorschlag wäre, eine PLL zu verwenden, aber mit Feedforward, um Ihnen die Geschwindigkeit (und die Entfernung zum nächsten Hop) zu geben, dann würde die PLL-Schleife die letzten paar MHz optimieren. Wie genau und in welcher Zeit soll es sein?

Sie können Quadraturausgänge mit zwei Widerständen, einer Induktivität und einem Kondensator über einen großen Frequenzbereich hinweg erhalten, jedoch mit einigen Amplitudenvariationen.

Eine Möglichkeit wäre DDS im unteren Frequenzbereich (zB AD9956) und Doppelwandlung mit einem in 200MHz oder 400MHz Schritten schaltbaren LO.

Während die Doppelwandlung komplexer aussehen kann, bedeutet dies, dass Sie IQ-Mischen vermeiden können, da Sie das Bild weit außerhalb des interessierenden Bandes platzieren können.

Wenn beispielsweise DDS problemlos 100–300 MHz abdecken kann, dann würde eine einfache Umwandlung mit einem LO von 500 MHz ein oberes Seitenband von 600–800 MHz und ein leicht zurückzuweisendes unteres Seitenband ergeben.

Dann würde eine weitere einfache Konvertierung mit vier Spotfrequenzen von 1,0, 1,2, 1,4 oder 1,6 GHz die erforderliche Reichweite abdecken. (Der letzte LO erreicht hier den unteren Rand des Bandes, daher sollte der Mischer auf niedrige LO-Leckage abgeglichen werden.)

Variationen sind natürlich möglich; Wenn DDS problemlos einen 300-MHz-Low-Band-Bereich abdecken kann, wären nur 3 Spotfrequenzen erforderlich. Es kann möglich sein, die 2. LO-Spotfrequenzen zu Harmonischen des ersten LO zu machen. Usw.

Sie können einen AWG + DDS + Marki IQ-1545 IQ Mixer verwenden, wenn Sie eine Basisbandmodulation benötigen. (Sonst kann ein DDS gute Ergebnisse beim CW-Frequenzspringen haben). Es gibt immer IQ-Mismatch in der Komponente. Sie müssen es messen und entweder durch Vorverzerrung oder Entzerrung kalibrieren. Dem kann man sich nicht entziehen, wenn man gute Leistung will.

Die Kalibrierung kann entweder an den IQ-Dateien durchgeführt werden, oder für hochqualitatives AWG kann man die Phasen-, Zeit- und Amplitudenunterschiede zwischen I und Q steuern.

Keysight UXG als DDS LO kann unter bestimmten Bedingungen eine Sprungzeit von 50 ns erreichen .

Der Nachteil der Verwendung von PLL-basierter Technologie ist die Einschwingzeit, die bei Instrumentenprodukten bis zu 1 ms beträgt (Komponentenqualitätsprodukte können schlechter sein). Daher ist die PLL-Technologie nicht für ein agiles Signal geeignet.

In Bezug auf Ihre Anforderungsliste sind die Synthese von bis zu 2,4 GHz (Quadratur) und das Einschwingen innerhalb von 10-50 ns wahrscheinlich die Hauptparameter, die Ihre Auswahl der Synthesemethode einschränken. Es schließt nur PLL aus; obwohl PLL in einem Hybriddesign verwendet werden könnte. Die beabsichtigte Endverwendung kann auch dabei helfen, eine integrierte Schaltung einer anderen vorzuziehen.

Es gibt verschiedene Kategorien von Frequency Hopping:

• Willkürlich

• Chipping- oder Direktsequenz-Spreizspektrum

• Frequency Hopping Spread Spectrum ( FHSS ), wie es bei Bluetooth verwendet wird

• Channelized oder Orthogonal Frequency-Division Multiple Access ( OFDMA )

• Muster

• Sweeping oder Chirp (exponentiell, linear, logarithmisch usw.)

Je nachdem, welche Art von Sprung benötigt wird, kann es möglich sein, eine integrierte Schaltung speziell für diesen Zweck zu finden, indem man sich auf ein Massenproduktionsgerät verlässt und nicht auf etwas mit zusätzlichen unnötigen Funktionen.

Die Hersteller der integrierten Schaltungen halten eine Reihe hilfreicher Schulungsvideos bereit:

• Analog Devices – „ Grundlagen der Frequenzsynthese, Teil 2: Direkte digitale Synthese (DDS) “ und „ Präzisions-DAC-Lektion 9: Wellenformerzeugungsanwendungen “ oder „ Suchseite “. Sie haben auch eine Reihe von technischen Artikeln, wie zum Beispiel: „ A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis “.

• Texas Instruments – „ TI Precision Labs – Clocks and Timing “ und „ 1.7 TX Signal Chain Implementation for Wide Band and High Frequency Signal Generation “ oder „ Search Page “.

DAC in Betracht gezogen:

• Der Analog Devices (AD) AD9915 , den Sie in Betracht gezogen haben, ist eine gute Wahl, er hat fünf Betriebsmodi: • Einzelton • Profilmodulation • Digitale Rampenmodulation (linearer Sweep) • Parallele Datenportmodulation • Programmierbarer Modulmodus

Empfohlene DACs:

Die DACs, die ich unten vorschlage, sind Alternativen zu den AD9914 / AD9915 , die Sie sich angesehen haben.

• Wenn Sie bereit sind, den Ausgang zu vervielfachen oder hochzuwandeln, gibt es DACs, die eine niedrigere maximale Ausgangsfrequenz, aber viel größere Flexibilität haben. Der AD AD9102 ist ein stromsparender 14-Bit, 180 MSPS, DAC und Wellenformgenerator mit: • Sägezahngeneratorausgang • Pseudozufallssequenzgeneratorausgang • DC-Konstantgeneratorausgang • Gepulster, phasenverschobener DDS-Sinuswellenausgang • RAM-Ausgang • Gepulster, phasenverschobene DDS-Sinuswellen-Ausgangsamplitude, moduliert durch RAM-Ausgang • Kontinuierliche Wellenformen • Periodische Impulsfolge-Wellenformen, die sich unbegrenzt wiederholen • Periodische Impulsfolge-Wellenformen, die sich unendlich oft wiederholen

• Der DAC38RF83 von Texas Instruments (TI) ist ein 14-Bit, 9-GSPS, HF-abtastender DAC mit Zweikanal-Differenzausgang, JESD204B-Schnittstelle und On-Chip-PLL, der eine Eingangsdatenrate von 1,25 GSPS Komplex pro Kanal ermöglicht. Es verfügt außerdem über eine 6-24-fache Interpolation und 4 unabhängige NCOs mit 48-Bit-Auflösung.

• Der TI DAC39J82 Zweikanal-Digital-Analog-Wandler mit 16 Bit, 2,8 GSPS und JESD204B-Schnittstelle mit 12,5 Gbit/s bietet: • 1x-16x-Interpolation • Unabhängige komplexe Mischer mit 48-Bit NCO/ oder ±n×Fs/8 • Rekonstruktionsfilter für digitale Breitband-Quadraturmodulatoren • Sinx/x-Korrekturfilter • Korrektur der fraktionalen Sample-Gruppenverzögerung

• Vergessen Sie nicht die weniger bekannten Hersteller:

  • " MAX5855 16-Bit, 4,9 Gsps Breitbandinterpolierender und modulierender HF-DAC mit JESD204B-Schnittstelle "

  • „ MAX5879 14-Bit, 2.3Gsps Direct RF Synthesis DAC with Selectable Frequency Response “, Seite 55 des Datenblatts zeigt, wie 2 für die I/Q-Ausgabe verwendet werden kann.

  • „ MAX19693 12-Bit, 4.0Gsps High-Dynamic Performance Wideband DAC “ verfügt über eine Aktualisierungsrate von 4 GBPS und bietet eine Bandbreite von 1,5 GHz, und ein Vierkanal-Multiplexer ermöglicht die Verwendung eines einzelnen DAC.

  • Xilinx lässt seine FPGAs mit DACs kombinieren, die von VadaTech angeboten werden. Wenn Sie nach bestehenden Produkten suchen , finden Sie möglicherweise etwas Passendes oder gewinnen Ideen für das, was Sie bauen möchten.

Weitere Informationen:

Die erzeugte Frequenz kann die Phase auf zwei verschiedene Arten aufrechterhalten:

• Jede Frequenz kann die Phasenkohärenz mit sich selbst aufrechterhalten (beim Umschalten auf die Frequenz ist sie phasenkohärent), was eine viel größere Bandbreite und möglicherweise unerwünschten Störinhalt erzeugt, aber jedem Kanal ermöglicht, sich schneller neu zu synchronisieren, wenn auf ihn umgeschaltet wird.

  Ein Anwendungsfall dafür wäre ein Sender und mehrere Empfänger, wie z. B. ein Mobilfunkmast, jeder Empfänger möchte nicht neu synchronisieren müssen, wenn der Sender auf seinen Kanal zurückkehrt.

• Die erzeugte Ausgangsfrequenz kann glatt und kontinuierlich übergehen, erzeugt keinen störenden Inhalt und behält die schmalstmögliche Bandbreite bei. Eine Frequenzänderung (des Trägers) muss von einer vorübergehenden Phasen- oder Frequenzänderung, wie sie durch Modulation auftreten würde, unterschieden werden.

  Ein Anwendungsfall dafür wäre, dass ein oder mehrere Sender (wie z. B. bei Einzelkanal-Simucasting oder Project 25 -Bündelungs- Simulcast ) mit einem oder mehreren Empfängern auf einem Spreizspektrumkanal kommunizieren (nicht in P25 verwendet, aber von anderen Protokollen verwendet). Eine möglichst kleine Bandbreite beizubehalten, während Hunderttausende Male pro Sekunde umgeschaltet wird, ermöglicht es dem übertragenen Signal, unterhalb des Grundrauschens zu sitzen.

^{Bildquelle: " Bewertung der Frequenzsprungfähigkeit des AFE74xx "}

Eine allgemeine Annäherung in Bezug auf die Anstiegszeit zur spektralen Bandbreite ist:

Natürlich hat eine reine Sinuswelle diese Bandbreite nicht, aber schnelles Umschalten von einer Frequenz auf eine andere erhöht vorübergehend die Bandbreite oder das Filtern glättet die Übergangszeit und beeinflusst die Ratenänderung.

„Die Taktverteilung wird normalerweise von einem Instrument während der Charakterisierung erzeugt, was einen großen Bereich von Referenzfrequenzen zulässt. Die Taktverteilungsschaltung dient dazu, die eingehende Referenz zu puffern und stellt die geeignete Taktung zwischen dem digitalen Teil des DDS und dem BAC her. Das Wichtige Spezifikationen hier sind die Setup- und Haltezeiten der Eingangsdaten des DAC. Selbst eine geringfügige Verletzung dieser Spezifikationen kann zu einem Anstieg des Glitch-Impulses führen, wenn der Latch transparent ist, oder zur Erfassung fehlerhafter Daten, wenn der Latch flankengesteuert ist.

^{Quelle: „ Choosing DACs for Direct Digital Synthesis “ von David Buchanan}

Siehe auch: Bandbreitenregel von Carson

      $\text{CBR}$ist die Bandbreitenanforderung;
      $\Delta f$die Spitzenfrequenzabweichung ist;
      $f_{m}$ist die höchste Frequenz im modulierenden Signal.

Der "Glitch-Impuls" und die Taktdurchführung sind wichtig, ebenso wie die "Einschwingzeit", die von einer Reihe schwer vorhersehbarer und zu berechnender Faktoren abhängt, aber sie wird viel geringer sein als bei Verwendung einer PLL (unter der Annahme eines ordnungsgemäßen Designs). ).