FTdx5000 - глазами инженера

[Приходк]

Эта тема создана для тех людей, которые хотят понимать различия между SDR, трансиверами обычными(с высокой ПЧ1) и последними типа К-3, FT5k с традиционной схемой построения. Здесь можно задавать любые технические вопросы и в рамках компетенции автора получать ответы и таким образом вмести с ним расти в тех. плане. Основной акцент будет делаться на приемной части. Часть вопросов уже обсуждалась мной в теме "Трансивер YAESU FT5k" здесь этот подход будет сохранен и продолжен. Сегодня я расскажу о SDR и сравню его с FT5k. В ближайших планах более глубокое изучение DNR. Кто хочет что-то спросить, но по каким-то причинам не хочет это делать в теме, можно писать в личку и обсуждать без свидетелей. Главное Ваш интерес к приемной технике!

02.08.10
Я очень долго не понимал функциональной схемы SDR и до вчерашнего дня это устройство стояло особняком от традиционных трансиверов. После длительных размышлений и общения с UR4IX все неожиданно в одно мгновение выстроилось в одну стройную систему.

Читать далее...

И мне хочется системно(во взаимосвязи) рассказать об SDR, приемниках с широким руфингом(доп. пр. FT5k) и с узким руфингом( осн. пр. FT5k). Хочу сказать, что когда в голове появляется система, ты мгновенно можешь ответить на любой вопрос появляющийся в сознании. Во время нахождения в предыдущей теме я понял, что р/л имеют сильный разброс в подготовке, поэтому усложнение в рассказе будет идти постепенно.
Смею утверждать, что функц. схема всех трех перечисленных приемников одна. По функциональной схеме - это близнецы-братья. И их отличия и особенности связаны с разными параметрами их составных частей. Перечислим эти составные части: BPF, руфинг фильтр, тракт ПЧ, АЦП. Другими словами определяющими являются параметры этих устройст. Какой набор параметров этих устройст- таким получается приемник, при одной(практически) функциональной схеме. Поэтому важно понимать место и вес этих устройств.
-если мы вернемся к SDR, то руфингом у него является BPF(традиционного руфинга у него нет), тракт ПЧ без аналоговой АРУ.
- построение двух других приемников отличается, только тем, что узкий руфинг можно сделать на низкой ПЧ, а низкая ПЧ предполагает наличие преобразования вниз.
Если подвести черту, то приемники отличаются шириной руфингов и наличием в SDR ПЧ тракта без аналогового АРУ.
Теперь зная отличия, посмотрим, выигрыш в чем это дает и какие недостатки привносит. Зная и понимая это вы всегда подберете себе аппаратуру под свои условия и задачи, и зная ее(аппаратуру)- в сложных условиях соревнований так будете ее использовать, что добьетесь лучших результатов.
Анализ составных узлов.
Для чего в SDR применили ПЧ без ан. АРУ? Сначала отметим, что любое устройство без регулировки Кус имеет или можно сделать более линейным. А линейный тракт это отсутствие взаимовлияний составлющих проходящих через него. Второе обстоятельство, которое могло привести к такому решению это чувствительность шины АРУ, а ее пришлось бы тянуть с компьютера, а все компьютеры имеют разные цифровые шумы. И получились бы разные SDR-ы , зависящие от модели компьютера.
Чем плох тракт ПЧ без ан. АРУ? Тем, что динамический диапазон входных сигналов не может быть больше диапазона АЦП. Поэтому для согласования диапазонов используют переключаемые АТТ и AMP. И все-же такое построение тракта ПЧ мне кажется самым лучшим из мне известных. Ни каких других способов сделать тракт линейным мы не знаем. Из данных полученных нашими р/л у SDR самый лучший ДД по взаимной модуляции, а это самый тонкий и точный способ оценки ДД.
Что является ахилесовой пяткой SDR? Это руфинг шириной с BPF, из-за которого в канале всегда одновременно присутствует полоса BPF помех и сигнал в узкой полосе ДСП стабилизирующийся по уровню выхода цифровой АРУ. Какой бы линейный тракт не был, его линейность всегда конечна, а значит и конечен ДД.
Мы потихонько подходим к более тяжелым для понимания вещам.

03.08.10
Посмотрим согласование ДД всего тракта и ДД АЦП на примере FT5k. Понятно, что конечный результат будет определяться меньшим ДД. Поэтому при ДД по вззамной модуляции тракта ПЧ максимум равном -50dB особых требований к ДД АЦП предположительно не должно быть. Возьмем АЦП FT5k CS4272. По спецификации оно 24 разрядное, с питанием 5В и полной шкалой оцифровки 3,1В, динамический диапазон 102dB при полосе входного сигнала 40кГц без учета взвешивающей функции.

Читать далее...

Особо хочу обратить внимание, что идеализировать АЦП не стоит, степень его линейности конечна и сильно зависит от вх. уровня. К сожалению даются суммарные цифры общие гармонические искажения + шум АЦП: TDH+N по -1dB - -98dB, по -20 - -85, по -60 - -45dB.
Посчитаем цену младшего разряда: 3,1/2 в 24 степени=0,185мкВ. Сигнал на ант. входе 28мВ соответствует S9+60dB. Чтобы АЦП не перегружалось усиление всего тракта должно составлять((3,1/2)/1,41))/28х10 в -3степени=39,3раз. Посмотрим сколькими разрядами оцифровывается отношение S+N/N=10dB и равное 2 мкV (0.5 - 1.8 MHz, IPO1) : 2х39,3=78,6мкВ. Количество бит 78,6/0,185=425бит, что оцифровывается 7-8 разрядов. С другой стороны посмотрим сколько разрядов теряется впустую при динамическом диапазоне АЦП в 102dB( это 126000раз): ((2 в 23степени)/1,41))126000=47,2 бит, а это 5-6 разрядов (3dB переход к действующему значению). Хоть к этому результату пришел сделав несколько кругов, всеравно не исключена ошибка. Но тем не менее прокоментирую то, что есть на сегодня. Практически было установлено, что тракт пропускает помеху S9+60dB находящуюся в полосе руфинга и не находящуюся в полосе ДСП, АРУ при этом отпущена, АЦП стало быть не перегружено и боковой шум генератора (не выше S0) мягкий, без искажений. Из расчетов все вроде нормально за исключением того, что сигнал S+N/N=10dB(2мкВ) приподнимается над шумами АЦП без особого запаса. Второй вывод даже при 24разрядном АЦП(пока не знаю рейтинг качества своего АЦП) говорить о мин. количестве разрядов нужных для оцифровки приемлемой разборчивости сигнала чувствительности не приходится. При отпущенной АРУ никакого запаса по разрядности нет. Вверху упираемся в перегруз АЦП, внизу подпирают шумы АЦП, которые составляют 0,22мкв по антенному входу((47,2х0,185)/39,3)).
Я предположил, что Петер Харт свои измерения делал в рамках методики ARRL. Поэтому цифры -40 - -50dB по взаимной модуляции внутри полосы измерены при уровнях двух тонов S9(35мкВ). Воспользовавшись рис.2 книги Дроздова я определил, что -40dB взаимн. мод. соотвествует напряжение забития 141мкВ(это между S9 и S9+20), а -50dB напр. заб. 316мкВ(это чуть меньше S9+20). Отсюда следует вывод, что действительно при единичной помехе S9+60 в полосе руфинга, но не в полосе ДСП FT5k не примет сигнал чувствительности в полосе ДСП. Т.е. ДД тракта по забитию внутри полосы существенно уже ДД АЦП и этим все определяется. Посмотрим на линейность тракта через продукты взаимной модуляции. Я должен подчеркнуть, что понимание взаимной модуляции это отче наш для р/л. Она позволяет численно определять влиение шумов и помех расположенных ниже и выше(а попросту состояния эфира) на прием текущей станции. Посмотрим это на примере: пусть частота в полосе ДСП равна fГц, и есть две помехи примерно одного уровня отстоящие от fГц на дельту и две дельты. Эта запись в расшифровке с математического на человеческий означает, что речь идет о множестве частот внутри ДСП и по бокам и что любая пара помех по бокам(в полосе руфинга) рождает помеху внутри полосы ДСП. Посмотрим это численно: у нас для S9 помеха рождается на 40dB меньше, чем амплитуда пары ее создающая. S9 это 35мкв, а 40dB это 100 раз значит ребенок 0,35мкв. Как вам это понравится. И таких деток за счет широкого канала родится бесконечно много. Это может быть главной причиной повышенных шумов FT2к. Из этого примера видно как важно иметь узкую полосу тракта и его высокую линейность(если все-таки нужно принимать несколько станций в полосе тракта)(CW).
Нужно отметить , что с повышением уровня продукты вз. мод. по уровню будут все выше по отношению к предыдущему уровню и возрастать резче, чем растут парочки, пока не сравняются с ними. Это когда папа с мамой рожают сразу студента.
Посмотрим линейность которую намеряли наши р/л по взаимной модуляции: К-3=-47dB(S9), IC-7800=-60db(S9) и -55dB(S9+50), IC756Pro2- при S9 на уровне -69dB не видно продукта поэтому есть недоверие к замерам, SDR-5000-при S9 на уровне -85dB не видно продукта, но посколько при S9+50=95dB, то отрицать корректность замеров нельзя. Что касается IC-7800, то так продукты взаимной модуляции расти не могут. Если намеряли при S9 -60dB, то подняв на входе на 50dB интермодуляция должна вырасти 3х50=150dB, значит тчк. А3 давно пройдена. Падению на 10dB и/м должно соответствовать 3,3dB роста вх. напр. но никак не 50dB. Если аналогично подойти к SDR-5000, то если 95dB при S9+50, то при S9 должно быть 95+(50х3)=245dB. Я думаю, что людей поверивших в эту цифру среди р/л нет. Подводя итог можно сказать, что линейность К-3, IC-7800 и FT5k одного порядка и ДД определяется трактом, а не ДД АЦП. Максимальный динамический диапазон по в/м который я за свою профессиональную жизнь видел 0,01% или 80dB. Он получен на звуковых частотах при очень глубокой ООС. Когда через паузу говорит диктор, то вздрагиваешь от ощущения появления живого человека у тебя в квартире. Раствор амлитудной х-ки транзистора 0,6В и представляет экспоненту, у полевых чуть получше, откуда 245dB могут физически взяться?

04.08.10
Спойлер съел сегодняшний 2,5 часовой текст, поэтому перешел в дискуссию
Александр

[UT4LW]

Для чего в SDR применили ПЧ без ан. АРУ?

1.Современные звуковые карты имеют огромный динамический диапазон, что позволяет без труда "проглотить" и обработать весь бардак, творящийся на диапазоне.
2.Введиение АРУ значительно усложнит схему и программу. Нужно будет вводить внутрь SDR ЦАП, и управлять этим ЦАПом из программы. Если его ввести, то АРУ все равно будет актуально для полосы пропускания. А кому надо качественно принимать соседа через стенку, то это произойдет даже без АРУ, т.к. известны и опубликованы данные о перезрузочной способности SDR с сигналами до 1 В.

Добавлю:
3.Из этого ничего толкового не выйдет, т.к. временная задержка SDR->компьютер->обработка->возврат, программирование ЦАП будет значительная и атака сигнала будет безнадежно испорчена. Подобное явление наблюдается в большинстве трансиверов с DSP среднего класса. На выходе появляются призвуки от органичений атак сигналов. Это явление имеет даже свое название - "целлофан".

[Приходк]

1.Современные звуковые карты имеют огромный динамический диапазон

Юрий, больше 24 разрядов есть карты?

т.к. известны и опубликованы данные о перезрузочной способности SDR с сигналами до 1 В.

А какой при этом минимальный сигнал?

Александр

[UT4LW]

Юрий, больше 24 разрядов есть карты?

Не владею такой информацией.

А какой при этом минимальный сигнал?

На уровне -100 дБм
http://www.rw3ps.com/publ/2-1-0-13

[rz3bp]

известны и опубликованы данные о перезрузочной способности SDR с сигналами до 1 В.

А сам пробовал?

[UT4LW]

А сам пробовал?

Попробовал, но ренератор не выдал такого уровня. Максимум - +1-+2 дБм, что он дал.
Вот два снимка.
При установке АТТ - Med (ослабление 10дБм) есть ограничения, при ATT - Low (-20дБм) ограничений нет.
Есть предположение, что при ATT - Off (-30 дБм) схавает +10-+15 дБм при MDS -110 дБм.

[nonamе]

Юрий, больше 24 разрядов есть карты?

Александр

Скажем так, если говорить, о том, можно ли принять "звук в 48 битах" (входная АЦП), ответ положительный, но такой прибор будет стоит немало. А карты, внутри которых идет 32-х битная обработка, имеются - Professional E-Mu 1212M PCI

[aledor]

Скажем так, если говорить, о том, можно ли принять "звук в 48 битах" (входная АЦП), ответ положительный, но такой прибор будет стоит немало. А карты, внутри которых идет 32-х битная обработка, имеются - Professional E-Mu 1212M PCI

Да, крутой специалист!!! 48х6 = 285 дБ с копейками !!! И сколько такой прибор будет стоить? Антинаучная фантастика!

Замечу, что при современных 24-х битах или 141 db максимальный динамический диапазон самых ркутых систем не превышает 110-120дБ и то, в полосе 50-100 гц.

Обработка может быть и 128-и разрядная, эта цифра описывает применяемый в данной системе процессор. Но толку от этой разрядности очень мало.

Нет систем больше 24 разрядов, а эффективных и того меньше.

[sgk]

…Замечу, что при современных 24-х битах или 141 db максимальный динамический диапазон самых ркутых систем не превышает 110-120дБ и то, в полосе 50-100 гц…

Посмотрите по ссылке.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=573 4&p=122580&viewfull= 1#post122580
Сергей sgk.

[aledor]

Посмотрите по ссылке.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=573 4&p=122580&viewfull= 1#post122580
Сергей sgk.

Ох! Берем эвм с разрядностью 128 бит (мантисса, о порядке я, и не говорю). Синтезируем sin, а потом получаем спектр с динамическим диапазонм 128x6=765дБ.

Радиоинженер, должен понимать.