Jump to content

    

О расчете коэффициента усиления приемного тракта

Здравствуйте. Прошу помочь разобраться с методикой расчета требуемого усиления приемного тракта. Предположим, что требуется разработать РПУ, которое осуществляет прием широкополосного сигнала. На выходе РПУ расположен АЦП. Требуется такой коэффициент усиления РПУ, чтобы задействовались все разряды АЦП, полный размах. За основу расчетов брал методику, изложенную в одной из статей по проектированию подобного приемника. Статья в приложении. В статье приведены формулы, по которым производился расчет, и дана итоговая таблица. По данной таблице, в принципе, можно уже, сопоставляя полосы, определить нужное усиление. Но хотелось бы именно посчитать, чтобы понимание было. К тому же в статье, как мне кажется, допущена где-то в формулах ошибка, потому что если считать самому по ним, то результаты отличаются от приведенных в таблице. Но всё же покажу последовательность действий, как я это понял:

Начальные параметры:

Коэффициент шума РПУ NF=10дБ

Полоса сигнала B=5 МГц

Размах сигнала на входе АЦП: 2Вp-p или +10дБм

Разрядность АЦП: n=12

Частота выборки Fs=150МГц

Расчёты: Чувствительность РПУ: MDS=-174 + 10logB + NF = -97дБм

SNR = 6.02n + 1.76dB + 10lg(Fs/2B) = 6.02*12 + 1.76 + 10lg(150/10) = 85.7 дБ

MDS + SNR = -97 + 85.7 = -11.3 дБм

Тогда требуемое усиление G = 10dBm - (-11.3) = 21.3 дБ

Прошу подсказать, верна ли такая методика или же какой она должна быть. Как дополнительный вопрос - смущает (непонятна роль в расчетах) параметр SNR. Он получается довольно большим, и, соответственно, коэффициент усиления требуется небольшой. Это верно? Как быть с этим параметром, им нужно задаваться самому или он фиксированный для опредлеленного типа сигнала или действительного его нужно считать как описано в статье... Принимаемый сигнал ведь вряд ли будет обладать таким SNR. Или это разные вещи - SNR принимаемого сигнала и SNR, описанный выше? Но если бы его не было в расчете, то получалось бы, что надо -97 дБм разгонять до +10 дБм, что является каким-то слишком уж гигантким усилением.

 

 

Статья ШП приемник.pdf

Edited by Andrey188

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 часов назад, Andrey188 сказал:

Но если бы его не было в расчете, то получалось бы, что надо -97 дБм разгонять до +10 дБм, что является каким-то слишком уж гигантким усилением. 

А кто сказал, что принимаемый сигнал нужно усилить до полного размаха АЦП? Нужно усилить до минимального соотношения сигнала/шума на выходе АЦП, который необходим для правильной демодуляции.

 

11 часов назад, Andrey188 сказал:

Как дополнительный вопрос - смущает (непонятна роль в расчетах) параметр SNR. Он получается довольно большим, и, соответственно, коэффициент усиления требуется небольшой. Это верно?

SNR зависит от разрядности и шума АЦП, чем больше бит и меньше шум - тем более слабый сигнал можно будет с помощью этой АЦП распознать. А тогда и усиливать можно меньше. Т.е. взяв АЦП с большим SNR - увеличиваем динамический диапазон приёмника.

Edited by arhiv6

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 часов назад, Andrey188 сказал:

Это верно?

верно

самый слабый сигнал -97 dBm на входе в АЦП будет -75,7 dBm
самый сильный сигнал +10 - 21.3 = -11,3 dBm
приемник сможет принимать сигналы в диапазоне от -97 до -11.3 dBm

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

22 hours ago, Andrey188 said:

Прошу подсказать, верна ли такая методика или же какой она должна быть. Как дополнительный вопрос - смущает (непонятна роль в расчетах) параметр SNR

ИМХО АЦП имеет свой Noise Figure, который считается через SNR.

Считаете Noise Figure АЦП, исходя из допустимых потерь рассчитываете минимальный уровень сигнала на входе АЦП. Разница между требуемым уровнем и максимальным - динамический диапазон достижимый без АРУ.

Share this post


Link to post
Share on other sites
22 hours ago, Tpeck said:

 

ИМХО АЦП имеет свой Noise Figure, который считается через SNR.

Считаете Noise Figure АЦП, исходя из допустимых потерь рассчитываете минимальный уровень сигнала на входе АЦП. Разница между требуемым уровнем и максимальным - динамический диапазон достижимый без АРУ.

Как посчитать NF АЦП? Например вот так: NF=Pmax-SNR-10lg(fs/2)-174. Только SNR это не то, что у ТС в расчётах, а параметр АЦП из даташита!!! Например для AD6655 SNR=74 dB. Тогда NF=+10-74-10lg(75*(10**3))=31 дБ. При шуме приёмника 10 дБ усилить сигнал достаточно на 24 дБ (3 дБ про запас).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо ответившим. Смущает ещё такая вещь. Видел ещё способ как рассчитать усиление. Для АЦП рассчитывается, исходя из разрядности и полного размаха, напряжение, приходящееся на один разряд. То есть в рассматриваемом примере это будет 2Vp-p/(2^n) = 2/2^12 = 488мкВ. Для задействования младших разрядов АЦП необходимо уровень MDS усилить до этого напряжения. Чтобы задействовать два младших разряда, необходимо полученное напряжение умножить на 4. То есть для двух разрядов 488*4 = 1.95мВ, что составляет в пересчете (при нагрузке 50 Ом) -41дБм. Тогда получается, что необходимое усиление  = -41 - (-97) = 56 дБ. Этот вариант расчета не стыкуется с методикой, рассмотренной ранее. По ней получается, что усиление РПУ должно быть куда больше чем ~24дБ. Скрин из книги Wireless receiver design for digital Communications, 2nd Edition, by Kevin McClaning

Стало быть, что-то не так считаю. Должен же быть одинаковый результат по идее

Gain.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 8/14/2019 at 5:09 PM, Andrey188 said:

Спасибо ответившим. Смущает ещё такая вещь. Видел ещё способ как рассчитать усиление. Для АЦП рассчитывается, исходя из разрядности и полного размаха, напряжение, приходящееся на один разряд. То есть в рассматриваемом примере это будет 2Vp-p/(2^n) = 2/2^12 = 488мкВ. Для задействования младших разрядов АЦП необходимо уровень MDS усилить до этого напряжения. Чтобы задействовать два младших разряда, необходимо полученное напряжение умножить на 4. То есть для двух разрядов 488*4 = 1.95мВ, что составляет в пересчете (при нагрузке 50 Ом) -41дБм. Тогда получается, что необходимое усиление  = -41 - (-97) = 56 дБ. Этот вариант расчета не стыкуется с методикой, рассмотренной ранее. По ней получается, что усиление РПУ должно быть куда больше чем ~24дБ. Скрин из книги Wireless receiver design for digital Communications, 2nd Edition, by Kevin McClaning

Стало быть, что-то не так считаю. Должен же быть одинаковый результат по идее

Gain.jpg

Чё-то мне кажется, что этот расчёт ведётся для случая, когда младшие биты АЦП не дрожат сами по себе, т.е. для идеального АЦП, а в реальном АЦП они дрожат (даже специально к ним шум подмешивают). При усилении сигнала на 24 дБ вы будете видеть шумы приёмника, а не шумы АЦП (они будут на 3 дБ ниже) - значит всё, сколько там внизу бит - это уже для вас не важно. В общем просто забейте на эту методику.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now