Up/down-converter de LF a UHF - of RINFI

84 4.6 Medición de banco para la compresión de ganancia del convertidor ascendente 85 4.7 Medición de banco para la compresión de ganancia del convertidor ascendente. 86 4.8 Banco de medición del tamaño de la ganancia del convertidor reductor 87 4.9 Banco de medición del tamaño de la ganancia del convertidor reductor.

Comunicaciones acústicas subacuáticas

Para determinar los requisitos del convertidor up/down, es necesario conocer las características del equipo al que se requiere conectar.

Señales acústicas subacuáticas de origen biológico

Analizando la tabla anterior, podemos concluir que generalmente se utilizan esquemas de modulación de fase (PSK) con frecuencias portadoras f0 de 1 a 50[kHz] y anchos de banda BW de 33[Hz] a 10[kHz]. De la observación de estas tablas se puede concluir que las señales sonoras submarinas de origen biológico (excepto las generadas por alfeidos) se encuentran en el rango de 5[Hz] a 190[kHz].

Conclusión

Especificaciones de los SDR

Conclusión

Combinando las especificaciones de ambos SDR y el rango de frecuencia de interés potencial obtenido en 2.1.34, se pueden determinar los requisitos de diseño para los puertos de alta frecuencia.

Up/down-converters existentes

Análisis de soluciones comerciales

Conclusión

Se debe proporcionar la supresión de la velocidad de fotogramas para evitar que interfiera con la señal deseada después del proceso de mezcla. Mezclador: El mezclador se encarga de obtener el producto entre la señal de entrada y el oscilador local, obteniendo así en la salida la información proveniente del equipo de comunicación subacuático, transferida a la banda de frecuencia de operación SDR.

Requerimientos a nivel sistema

Introducción
Parámetros del sistema de LF
Ganancia del up-converter
Parámetros de los SDR
Parámetros del sistema completo
Conclusión

Respecto al punto de corte de tercer orden, se especifica referido a la entrada que es IIP3=−18[dBm]30. Dado que G0 está dentro del rango de variación establecido en 3.1.1.2, cualquier punto de compresión a partir de 1[dB] (referido a la entrada) es mayor que -10[dBm].

Procedimiento de diseño

En este apartado se establecieron los requisitos que debe cumplir el up-converter, los cuales se resumen en la tabla 3.2.

Limitador de entrada

Introducción
Análisis y simulación

3.1.3.2.3 Distorsión Debido al efecto limitador de amplitud introducido por los diodos, la señal de salida se distorsiona para niveles de entrada altos. Para niveles altos de potencia de entrada, los diodos conducen (uno cada medio ciclo) y dividen la corriente de entrada por la corriente en los diodos.

Filtro pasa-bajos

Introducción
Requerimientos
Diseño

Para encontrar la potencia de interferencia IR recibida, se debe tener en cuenta la atenuación del cable coaxial. Una forma de cuantificar dicha atenuación es la efectividad del blindaje (SE, Shielding Effectiveness), que se define como la diferencia (en dB) entre la potencia de la señal recibida antes y después de la colocación de un determinado blindaje71. Dado que se encuentra en la peor condición de potencia de interferencia, la potencia de la señal de entrada debe aumentarse al máximo nivel posible.

Si la potencia máxima de la señal se toma como la máxima posible de recibir antes de que la distorsión sea excesiva, se puede utilizar el valor del punto de compresión de 1[dB]. GLP F|f=fI: ganancia de potencia del filtro de paso bajo a la frecuencia mínima de interferencia [dB].

Limitador de salida

Introducción
Requerimientos
Diseño
Verificación

3.1.4.3.3 Síntesis de circuitos Una forma de sintetizar la transmisión de la ecuación 3.25 es mediante una media red T, como la de la figura 3.12. Al inspeccionar la tabla 3.4, se puede ver que el dispositivo seleccionado cumple con el requisito de ancho de banda, pero que la potencia máxima de salida es mayor que el requisito de diseño (ver 3.1.5.2.1). Así, incluso ignorando la atenuación introducida por el mezclador, la potencia de salida del limitador de salida nunca excederá los 1,5[dBm], ya que la potencia de entrada al limitador de salida para Pout = 1,5[dBm] es 13,40[dBm], mayor que la potencia de salida del limitador de entrada.

Mezclador

Introducción
Requerimientos
Diseño
Verificación

La Tabla 3.2 establece que el punto de intersección de tercer orden del convertidor ascendente (referido a la entrada) debe ser mayor que 0[dBm]. G0 : ganancia de potencia del limitador de entrada (adimensional) IIP3,1 : punto de corte de tercer orden (referido a la entrada). La Tabla 3.2 establece que el punto de compresión de 1[dB] (referido a la entrada) del convertidor ascendente debe ser mayor que -10[dBm].

IP1dB,0: 1[dB] (relativo a la entrada) punto de compresión del limitador de entrada[W]. IP1dB,3: punto de compresión de 1[dB] (referido a la entrada) del limitador de salida[W].

Oscilador local

Requerimientos
Diseño

3.1.7.1.3 Impedancia de salida Para evitar tener que hacer coincidencias de impedancia, se prefiere un oscilador con una impedancia de salida de 50 [Ω]. 3.1.7.2.1 Selección de un dispositivo De acuerdo con los requisitos recién mencionados, se eligió un oscilador de cristal de cuarzo de la serie SG25 de Seiko Epson Corporation, que genera una señal cuadrada. Para conectar el oscilador a una carga de 50[Ω], se puede utilizar el circuito de la Figura 3.13.

R1k(Rin1+Rin2)≈Rin1+Rin2 (3.41) Entonces, el voltaje entre las resistencias Rin1+Rin2 es aproximadamente el voltaje de salida del oscilador, 350[mVpp]. Dado que Rin1 y Rin2 tienen el mismo valor, el voltaje a través de Rin1 es la mitad del voltaje de salida del oscilador, es decir 175[mVpp].

Amplificador de oscilador local

Requerimientos
Diseño
Verificación

3.1.8.2.1 Selección de un dispositivo Se decidió utilizar un amplificador Texas Instruments TRF37D7353 cuyas especificaciones se resumen en la Tabla 3.6.

Conclusión

Parámetros del sistema diseñado
Verificación

Diseño del down-converter

Requerimientos a nivel sistema

Introducción
Parámetros del sistema de LF
Ganancia del down-converter
Parámetros de los SDR
Parámetros del sistema completo
Conclusión

Procedimiento de diseño
Limitador de salida
Filtro pasa-bajos

Introducción
Requerimientos

Mezclador

Introducción
Requerimientos
Diseño
Verificación

Limitador de entrada

Introducción
Requerimientos
Diseño
Verificación

Oscilador local
Amplificador de oscilador local
Conclusión

Parámetros del sistema diseñado
Verificación

G2: Ganancia de potencia del sistema LF (adimensional) Como se menciona en 3.1.1.1, para ser considerado de "buena" calidad, un dispositivo debe tener un punto de intersección de tercer orden (referido a la salida)OIP3 entre 0 y 5 [dBm], donde −10[dBm] es el valor mínimo "aceptable". G2: Ganancia de potencia del sistema LF (adimensional) Como se menciona en 3.1.1.1, para ser considerado de "buena" calidad, un dispositivo debe tener un punto de compresión de 1[dB] (relativo a la salida) OP1dB entre − 10y− 5[dBm ], donde −20[dBm] es el valor mínimo aceptable. F0: factor de ruido del limitador de entrada (adimensional) G0: ganancia de potencia del limitador de entrada (adimensional) F1: factor de ruido del mezclador (adimensional).

El punto de intersección de tercer orden (referido a la salida) del limitador de entrada es OIP3,0→ ∞ (ver 3.2.2). OP1dB,0 : punto de compresión 1 [dB] (relativo a la salida) del limitador de entrada [W].

Diseño de la fuente de alimentación

Requerimientos a nivel sistema

Introducción
Requerimientos de potencia
Ruido y ripple de tensión
Protecciones

Suministro de la alimentación
Elección de un dispositivo

Verificación

Protección contra sobre-tensiones transitorias
Protección contra polaridad invertida

Por tanto, la tensión nominal de alimentación adoptada es VCC= 3,3[V], con un rango de variación entre 3 y 3,45[V]. Además, la ondulación en el voltaje de suministro producirá modulación de amplitud y fase en el OL28. 30 Esta transferencia no es de entrada de señal a salida de señal, sino de entrada de energía a salida de señal.

Descarga electrostática (ESD, ElectroStatic Discharge): El contacto del cuerpo humano con los terminales de alimentación puede generar una sobretensión producida por la descarga de energía electrostática acumulada en el cuerpo, que daña el equipo. Por un lado, la tensión de alimentación debe ser 0,7[V] superior a la tensión mínima de funcionamiento del circuito (en este caso será la tensión mínima de entrada requerida por el regulador).

Diseño de la placa de circuito impreso

Capacitores de desacople
Longitud eléctrica de transición
Consideraciones generales
Implementación del diseño

Dado que el espacio no es una limitación en esta aplicación (para dispositivos como el que se analiza) y el costo de un MOSFET es bajo, se decidió utilizar un transistor en serie con el terminal positivo de alimentación, como sugiere Maxim Integrated [70 ]. Suponiendo que la PCB a utilizar tiene material FR-4 como dieléctrico, su permitividad eléctrica relativa es 4,5. T EL(min) = 28[mm] (3.76) Si por lo tanto se pueden mantener pistas de PCB, en las conexiones del oscilador local a los mezcladores, de longitudes muy inferiores a 28[mm], no es necesario no tratarlas. . como líneas de transmisión.

Están diseñados para que las pistas se comporten como líneas de transmisión con impedancia característica Z0 = 50[Ω] sobre una placa de estas características. 33El fabricante elegido sólo suministra placas con dieléctricos de permitividad controlada para placas de cuatro o más capas, y sólo fabrica vías Dish Through-Hole (PTH).

Mediciones

Aclaraciones generales
Instrumental utilizado

Generador senoidal de baja frecuencia
Generador senoidal de alta frecuencia
Osciloscopio
Analizador de espectros
Voltímetro de alterna de baja frecuencia
Voltímetro de continua
Frecuencímetro de baja frecuencia
Acoplador
Combinador

Up-converter

Ganancia
Distorsión por productos de intermodulación de
Compresión de la ganancia

Down-converter

Magnitud de la ganancia

Si la frecuencia de salida del generador fuera 400[MHz]±f1; 0≤ f1 ≤300[kHz] y el convertidor reductor recibe esta señal, asumiendo fOL= 400[M Hz], la señal de salida es sinusoidal con frecuencia f1. Por lo tanto, esta medida se reemplaza por una de las ganancias del convertidor ascendente en serie con el convertidor descendente. Se repitió el paso anterior hasta alcanzar un valor de Pin que implicaba compresión de ganancia.

La primera medida del convertidor reductor a analizar es la magnitud de ganancia|G(f)|[dB], que se obtiene con el banco de medidas de las Figuras 4.8 y 4.9. El banco de medidas es idéntico al utilizado para medir la magnitud de la ganancia del convertidor reductor (ver 4.2.4.1).

Procesamiento de datos

Up-converter

Down-converter

Magnitud de la ganancia up-converter
Conclusiones

Up-converter
Down-converter

Se hace un gráfico de las señales de entrada al convertidor ascendente y las señales de salida del convertidor descendente capturadas por el osciloscopio (dos de estas señales se muestran en la Figura 4.12). Se hace un gráfico de las señales de entrada al convertidor ascendente capturadas por el osciloscopio (una de estas señales se muestra en la Figura 4.15). Se realiza un gráfico del espectro de salida del convertidor ascendente capturado por el analizador de espectro.

Se ha realizado un gráfico del espectro de salida del convertidor ascendente capturado por el analizador de espectro (uno de estos gráficos se muestra en la Figura 4-19). Guc+dc: Ganancia de potencia del convertidor ascendente en serie con el convertidor descendente [dB].

Demostración de una aplicación básica

Introducción
Descripción del grafo de flujo

Configuración
Recepción
Transmisión

Interpretación de los resultados
Conclusiones

Complex to Mag: demodula la señal AM recibida, restaura la modulada (este es un detector de envolvente típico). Multiplicar: multiplique la portadora (sincronizada desde el convertidor LO arriba/abajo mediante el bloque PLL Ref Out) por la modulación (generada por la fuente de señal) para obtener la señal modulada requerida. El gráfico 2 muestra la señal demodulada y filtrada, donde se puede observar que los 100 [kHz] son sinusoidales (con ruido de baja frecuencia causado por imperfecciones en el algoritmo PLL utilizado para sincronizar la señal generada con el convertidor arriba/abajo del LO).

La señal del gráfico 3 está bloqueada en la portadora de ≈ 400 [MHz] y las otras señales se rechazan (su amplitud es aproximadamente 70 [dB] menor que la portadora). La señal transmitida (gráfico 5) se modula en SSB, mientras que la señal recibida (gráfico 1) se modula en AM.