Разрядность и квантование АЦП

[sgk1]

В теме о трансивере Flex 8000 сообщение

Поясню что бы у читателей ветки не создавалось ложное представление о "всего лишь" 16 разрядах. Для 16 разрядного АЦП уровней квантования 65536.
Пока это предел для скоростных АЦП применяемых в приёмном тракте трансиверов по технологии DDC.

[RJ3FF]

Поясню что бы у читателей ветки не создавалось ложное представление о "всего лишь" 16 разрядах. Для 16 разрядного АЦП уровней квантования 65536.

Осталось прологарифмировать и умножить на 20. 96 дБ в итоге. Всего лишь. Именно это "всего лишь" я и имел ввиду в том посте.

[sgk1]

Осталось прологарифмировать и умножить на 20. 96 дБ в итоге.

Такое пояснение "запутает" пользователей ещё сильнее. 96 дБ в итоге, что это, ДД (динамический Диапазон)? На рисунке копия экрана технических характеристик от Флекс Радио трансивера серии 8000.

Стрелками показаны данные применяемого АЦП 16 разрядов и частота "выборок" и динамический диапазон. Изготовитель трансивера указывает ДД => 155 дБ. Почему?

[RJ3FF]

Стрелками показаны данные применяемого АЦП 16 разрядов и частота "выборок" и динамический диапазон. Изготовитель трансивера указывает ДД => 155 дБ. Почему?

Изготовитель даже не указал о каком ДД идёт речь. О забитии, или о ситуации с двумя сигналами?
Не в этом суть.
Возможно я и ошибаюсь, но имел ввиду, что эта величина определяет уровень шумов квантования.

[RC6OF]

Возможно я и ошибаюсь, но имел ввиду, что эта величина определяет уровень шумов квантования.

Не ошибаетесь, но это для идеального АЦП цифра, а реальность много хуже - как правило ENOB (эффективное кол-во бит) менее 13бит даже для лучших АЦП. Однако есть нюанс - в обычном АЦП шум квантования распределен равномерно по всей полосе от 0 до Fs/2 (половинной частоты дискретизации). Наши же сигналы (CW, SSB, AM, FM и прочие которые нас радиолюбителей интересуют) имеют полосу на порядки меньше. Мощность шума АЦП (суммарный шум квантования, входных цепей АЦП и всего остального) в полосе принимаемого сигнала будет настолько меньше насколько полоса сигнала меньше полосы Найквиста (половина от частоты дискретизации АЦП).

Как пример. Допустим АЦП имеет SNR 75дБ и частоту дискретизации 80МГц (для простоты). Для CW сигнала в полосе 500Гц уровень шума АЦП будет = 75dB + 10*log10(40000000 / 500) = 124дБ. Это и будет односигнальный ДД при полосе приемника 500Гц построенного на таком АЦП. Для идеального 16бит АЦП цифра была бы около 145дБ (так что основной вклад в шум АЦП вносят не шумы квантования, а все остальные источники шума, которых в АЦП не мало).

Реальность обычно хорошо совпадает с таким расчетом, если конечно АЦП грамотно использован (корректная схемотехника и разводка платы).

- - - Добавлено - - -

Изготовитель трансивера указывает ДД => 155 дБ. Почему?

Скорее всего маркетологи решили указать ДД панорамы. А поскольку RBW (точнее ENBW, но это не важно, простыми словами полоса одного бина БПФ) при максимальном зуме панорамы (минимальной полосе обзора) может быть порядка 1..2 Гц, то легко увидеть, что цифру 155дБ можно получить даже с не самым крутым АЦП. Например, при ENBW 1Гц и тех же условиях, что в расчете выше получается ДД панорамы = 75дБ + 10*log10(40000000/1) = 151дБ.

[RJ3FF]

Олег, спасибо за разъяснения.
Я , честно говоря, был в шоке, когда увидел своими глазами/ушами, что включение самого обычного RFA на входе кардинально улучшает соотношение С/Ш. Этот усилитель, я уверен, самый обычный и жидким азотом не охлаждается :-). Грешил на недостаточную разрядность АЦП. Оказывается, собака порылась сосем не там.
Ведь при условии, что весь тракт после предусилителя имеет нормальный Кшума, подключение усилителя не должно особо улучшать Кшума всей системы. А тут выходит, что К шума тракта после RFA не выдерживает никакой критики.
В чём, по Вашему, причина?

[RC6OF]

при условии, что весь тракт после предусилителя имеет нормальный Кшума, подключение усилителя не должно особо улучшать Кшума всей системы.

Смотря что считать "нормальным Кш", а также смотря какие параметры у УВЧ.

Согласно ARRL Review Кш разных флексов (при усилении 0дБ) на 20м диапазоне:
28дБ (6700)
33дБ (6600/6400)

Это много. Включение 16дБ УВЧ у 6400/6600 дает уменьшение Кш до 18дБ, это будет очень хорошо чувствоваться (15дБ разницы однако). У 6700 один из УВЧ с программируемым Ку ADL5201, второй с фиксированным Ку ADL5534. У 6400/6600 не знаю, что именно используется в УВЧ.

Если не брать варианты с драйвером перед АЦП, то для "трансформаторного" входа АЦП обычные значения Кш (со входа АЦП) будут в диапазоне 20..30дБ.

[margasan]

Это много. Включение 16дБ УВЧ у 6400/6600 дает уменьшение Кш до 18дБ, это будет очень хорошо чувствоваться (15дБ разницы однако). У 6700 один из УВЧ с программируемым Ку ADL5201, второй с фиксированным Ку ADL5534. У 6400/6600 не знаю, что именно используется в УВЧ.
Если не брать варианты с драйвером перед АЦП, то для "трансформаторного" входа АЦП обычные значения Кш (со входа АЦП) будут в диапазоне 20..30дБ.

В этом и отличие тех же айкомов у которых судя по всему стоит неотключаемый драйвер и по дефолту Кш 17дБ, в отличие от "тупых" по умолчанию флексов.

[sgk1]

Неотключаемый усилителе перед АЦП уменьшит ДД пропорционально усилению и собственным шумам применяемого усилителя.
В трансивере Flex 6700 применён АЦП AD9467-250
https://www.analog.com/media/en/tech...ets/ad9467.pdf
где максимальный уровень сигнала на входе 2,5 В "от пика до пика" или 0,88 Вэфф. Усиление 20 дБ уменьшит максимальный уровень сигнала на входе до 88 мВэфф. Если сигнал выше 88 мВэфф, перегрузка АЦП. В таком случае приёмник трансивера даже тест "In Band IMD" не пройдёт где на вход подают два тестовых сигнала по 50 мВэфф. Для использования ДД по максимуму который определяется параметрами АЦП нужен, отключаемый усилитель входе АЦП.

[RC6OF]

Неотключаемый усилителе перед АЦП уменьшит ДД пропорционально усилению и собственным шумам применяемого усилителя.

Тут требуется уточнение и аккуратные формулировки.

ДД имеет две границы - верхнюю и нижнюю. Идеальный усилитель ДД не уменьшит, а просто сдвинет обе границы на величину усиления. Реальный усилитель добавит собственные шумы и нижняя граница опустится на величину меньшую, чем его Ку, соответственно ДД станет меньше. Но, вклад собственных шумов УВЧ в общий Кш приемника зависит от Кш УВЧ, Ку УВЧ и Кш тракта, к которому подключается УВЧ (в данном случае это АЦП).

В качестве примера (+- то, что происходит во Флексах, если не принимать во внимание ДПФы, цифры примерные, которые получаются при использовании типовых решений):
АЦП с Кш=26дБ, FS=+4dBm (макс. уровень на входе АЦП) => Односигнальный ДД = +4 - (-174 + 26 + 10*log10(500)) = 125дБ
Добавим УВЧ с Ку = 16дБ и Кш = 5дБ:
Общий Кш со входа УВЧ = 11.1дБ (посчитал в AppCAD, руками лень ), как раз тут и происходит потеря ДД - Кш уменьшился до 11дБ, а с идеальным УВЧ он был бы 10дБ. Уровень перегрузки = +4дБм - 16дБ = -12дБм, Односигнальный ДД = -12 - (-174 + 11 + 10*log10(500)) = 124дБ

Разница в 1дБ. В реальной жизни ее заметить будет практически невозможно (только по приборам).

УВЧ, как и аттенюатор это инструмент, который позволяет согласовать уровни сигналов с антенны с возможностями приемника.

[margasan]

Разница в 1дБ. В реальной жизни ее заметить будет практически невозможно (только по приборам).

ДД не только уменьшился на 1дБ, но так же сместился вниз, а так как перегрузить вход на КВ проще чем отлавливать слабый сигнал, то большинство данный сдвиг замечает как сильное ухудшение ДД.

[RC6OF]

большинство данный сдвиг замечает как сильное ухудшение ДД.

После подключения антенны общий ДД системы антенна+приемник всегда будет меньше (так что они не просто замечают, он реально падает при подключении антенны, на сколько зависит от соотношения собственных шумов приемника и шума эфира). При нормальной ситуации с уровнями сигналов (есть достаточный запас по ДД в приемнике) обычно уровень шума эфира устанавливается выше уровня собственных шумов приемника на 6..10дБ (регулировкой усиления по ВЧ). Тогда собственный шумы приемника практически не влияют на прием слабых сигналов, и общая чувствительность системы будет определяться исключительно шумом эфира), вот на эту величину ДД и уменьшится (точнее на чуть большую, но для приведенных цифр это не существенно). Трагедии здесь нет - ДД сигналов с антенны среднестатистического радиолюбителя редко превышает 70..80дБ. А если приемник перегружается, то придется уменьшать усиление по ВЧ, ища компромисс между чувствительностью и ДД (всей системы)..

Как по мне в приемниках с прямой оцифровкой просится автоматическое управление усилением по ВЧ. Почему не делают не знаю.

[margasan]

Как по мне в приемниках с прямой оцифровкой просится автоматическое управление усилением по ВЧ. Почему не делают не знаю.

Делают же обратное - автоматическую регулировку ослабления. Так видимо проще.

[sgk1]

Тут требуется уточнение и аккуратные формулировки.

Спасибо за пояснение.

Делают же обратное - автоматическую регулировку ослабления. Так видимо проще.

Посмотрите публикацию об "адаптивном приёме". РПУ Бригантина, разработка начала 80-х годов 20-го века.
http://brigantina-rpu.ru/rl_11.12_ub1abb.pdf

[margasan]

Посмотрите публикацию об "адаптивном приёме". РПУ Бригантина, разработка начала 80-х годов 20-го века.
http://brigantina-rpu.ru/rl_11.12_ub1abb.pdf

Это немного о другом, как по применению, так и реализации. Имхо в современных DS любительских трансиверах вариант с полностью ручной (как в айкоме) регулировкой аттенюации по входу наиболее оптимален.