RFワールド読者の掲示板U
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[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/2/20(火) 16:25
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 editor 18/2/21(水) 19:47 [添付][添付][添付]
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/2/23(金) 10:05
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 editor 18/2/23(金) 19:18
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/2/28(水) 11:04 [添付][添付]
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 editor 18/2/28(水) 13:29
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/2/28(水) 19:41
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 editor 18/3/3(土) 15:03 [添付][添付]
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/3/14(水) 16:12 [添付][添付]
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/3/15(木) 14:28 [添付]
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 editor 18/3/16(金) 14:05
Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法 Hiroyuki Naito 18/3/19(月) 13:58

[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/2/20(火) 16:25 -
図4.15のBTFをWeb Circuit Applet(フリー)というデジアナ混在シミュレータで2組作成しました。何とか動くようです。そして図4.17のLPFも作成しました。本文に説明がなかったようなのですが、重みづけ相対比設定用のB5kΩとI/Qバランス調整用のB50kΩの調整法を教えていただけないでしょうか。
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 editor  - 18/2/21(水) 19:47 -
 Hiroyuki Naitoさん,小誌ご愛読ありがとうございます.

 お尋ねの件,小池先生からご回答がありました.
 校務ご多忙につき,少し読みづらいかもしれませんが,ホワイトボードに書かれたものを代行して書き込ませて頂きます.

 なお,図4.15には訂正がございます.下記もご参照いただきたいと存じます:
http://www.rf-world.jp/bn/RFW23/RFW23ERR.shtml


▼Hiroyuki Naitoさん:
>重みづけ相対比設定用のB5kΩとI/Qバランス調整用のB50kΩの調整法を教えていただけないでしょうか。
シミュレーションをされているようなので,抵抗値そのものが必要なのだと解釈しました.
(記事は,電圧を測りながら,あるいはオシロを見ながら,調整箇所を設定するイメージで記述しておりました)

(1)重みづけ相対比設定用のB5kΩは「重みづけ相対比設定.JPG」の考え方に従い,2.14[kΩ]となるように調整します.

(2)「I/Qバランス調整用のB50kΩ」は50kΩを正しいとみて,図4.16のBTF設定用半固定抵抗のことではないかと解釈しました.
 もし,図4.21のI/Qバランス調整用のB1kΩであれば,これは中央の500Ω:500Ωに設定すればよいので,これではないと思いました.
 図4.16のBTF設定用半固定抵抗は,電圧を目標値に設定するので抵抗の値を出していませんでした.
 この計算を追記したExcelワークシート(BTF50kΩの設定値(2018追記).xlsx)も添付しましたので,これを元に設定してください.
 考え方は「BTF50kohm.JPG」の通りです.

以上
添付画像【473_重みづけ相対比設定.jpg : 392.5KB】
【473_重みづけ相対比設定.jpg : 392.5KB】

添付画像【473_BTF50kohm.jpg : 447.3KB】
【473_BTF50kohm.jpg : 447.3KB】

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[添付] :473_BTF50kohm.jpg (447.3KB)

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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/2/23(金) 10:05 -
▼editorさん:
 たいへん丁寧なご回答をいただきありがとうございました。

 (0)図4.15の訂正(2.2kΩの追加)はすでに承知しておりました。
 (1)重みづけ相対比設定用のB5kΩはご教示の2.14kΩで試してみます。
 (2)BTF出力のB50kΩは、表4.3の係数に5Vをかけた電圧がポテンショメータの
   センタータップに出力されるように、シミュレータの電圧計で調整していま
   した。
   ポテンショメータの精度は、センターの位置はきちんと50%に合わせること
   はできますが、そのほかの位置ではそんなによくありません(1%くらい)。
   使用しているシミュレータは下記のサイトから利用できるCircuit
   Simulator Appletです。
   http://www.falstad.com/circuit/

 今回ご質問したB50kΩは図4.17の「振幅調整およびI/Qバランス調整」と注記され
 ているものでした。白板でご説明されている図のRfの調整法を教えていただけない
 でしょうか。
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 editor  - 18/2/23(金) 19:18 -
▼Hiroyuki Naitoさん:
> 今回ご質問したB50kΩは図4.17の「振幅調整およびI/Qバランス調整」と注記され
> ているものでした。白板でご説明されている図のRfの調整法を教えていただけない
> でしょうか。
 小池先生からのご回答を代行して書き込みます.
−−−ここから
すみません,そういうことだったのですね.
図4.16の「B50kΩ」の方が,抵抗値を知りたい人には不親切だったと思ったものですから.
この抵抗には小さい値,例えば「B1kΩ」を選ぶと,抵抗の回転角とBTFの重みが比例する形にできるのですが,
QとQバーにつながっているので絶えず電流が流れるため,実機では消費電力を抑えるため高抵抗にしました.
電圧を測りながら調整すれば済むからです.

本題の図4.17の「B50kΩ」はIチャンネルとQチャンネルで等しければ,どんな値でも構いません.
基本的には出力として欲しい振幅になるように一方を調整し,他方はそれに合わせることになります.
変調器側が必要とする振幅に応じられるよう,変えられるようにしたという意図なのです.
実際のハードでは,4つのBTFからの出力は,同じ調整をしてもわずかに違ってしまいますので,
オシロで観測しながら,調整するという形です.

図4.17の「B50kΩ」は,I,Qのバランスなので,実機では次のようにします
"00"を送信し,図4.17のLPF出力のI,QをオシロのX-Yモードで表示させます.
つまりコンスタレーションを見る設定です.
この時,コンスタレーションが真円になるように調整します.
これがヒントになるでしょうか?
IチャンネルとQチャンネルの増幅度が違うと楕円になります.
これを真円にするという調整です.

No.23の内容に興味を持っていただける方がいらっしゃることを嬉しく感じています.
レスが遅くなることもあるかもしれませんが,動くまでサポートしたいと考えております.

よろしくお願いいたします.
−−−ここまで

以上です.
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/2/28(水) 11:04 -
▼editorさん:

まだ道半ばですが、今後もよろしくお願いいたします。

i(t),IaのBTF出力,IbのBTF出力,Ia,Ib,シンボルクロックのシミュレーション
波形を添付します。
Ia,Ibはシンボルごとにπ/4ずつシフトするように、表4.2を参照して
それぞれ11000011と10100101の繰り返しになっています。

図4.17の直流オフセット設定用のB10kオームの調整法をご教示ください。
シミュレーションではとりあえず2.5Vに設定しています。

また実際の各BTF設定の電圧値も添付しました。精度は2%くらいとよくありませんが、係数が対称になるように設定しました。
添付画像【476_i(t),BTF出力,Ia,Ibの波形.png : 314.6KB】
【476_i(t),BTF出力,Ia,Ibの波形.png : 314.6KB】

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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 editor  - 18/2/28(水) 13:29 -
 小池先生からのご回答を代行して書き込ませていただきます.

>図4.17の直流オフセット設定用のB10kオームの調整法をご教示ください。
>シミュレーションではとりあえず2.5Vに設定しています。

この可変抵抗は,IQ信号(LPF出力)に直流オフセットを加えるか否かで設定が変わります.
それは変調器側の仕様に左右されます.

私共が製作したハードは,IQ出力を次の二通りで利用することを想定していました.
(1)図4.21の自作直交変調器に供給
(2)AgilentのベクトルSG(E4438C)のIQ入力に供給

このうち(1)は2.5[V]の直流オフセットが必要ですから,「図4.17:直流オフセット設定用B10k」を調整して,LPF出力で2.5[V]の直流オフセットを持つようにします.
図4.17のB50kで設定した利得が変わると,LPF出力のオフセット(=IC1aの1ピンのオフセット)を2.5[V]にするために必要な,IC1aの3ピンの電圧値も変わります.

一方(2)の場合は可変抵抗をGND側に回し切って,オフセット無しの設定とします.
更にベクトルSGのIQ入力は50オームであるため,50オームをドライブできるバッファアンプを挿入して利用しています.
これらはベクトルSGの仕様によるものです.

以上の理由から,IC1aの3ピンの電圧は比較的広範囲に変えられるようにしています.

ちなみに電圧を計測して直流オフセットを調整しても,実機では不十分です.
変調器まですべて通した状態で,スペクトラムアナライザでスペクトルを観測し,キャリアリークが無くなるようにこのオフセットVRを再調整します.
このような調整の際は,送信データをPNパターンではなく"00"やその他固定パターンに設定します.
固定パターンであればスペクトラムが,複数の線スペクトルになりますから(PNでは連続スペクトル),キャリアリークが確認しやすいのです.
これは余談でした.

以上はご質問の答えにはなっていないかもしれません.
後段の事情によるので,これにせよと指示できないのです.
その意味で2.5Vは間違いではないですし,波形の見やすさから言えば0Vに調整してもよいのではないでしょうか.

>また実際の各BTF設定の電圧値も添付しました。精度は2%くらいとよくありませんが、係数が対称になるように設定しました。

ということは現段階では,図4.17のLPFの影響を無視しているということでよろしいでしょうか.
調整や動作確認段階ではそうした割り切りも必要で,我々もそうすることがあります.
以下の説明は,内藤様の目的からそれているのであれば,スルーしてください.

念のためですが,BTFの係数が対称になっていないのは,図4.17のLPFの伝達関数を補正して,ルートコサインロールオフのできるだけ正確な波形を出そうとしているからです.
RCを用いたアクティブフィルタはベッセル特性を採用しても余程次数を上げない限り,そのインパルス応答特性は対称的な波形にはなりません.
チェビシェフやバターワース特性に比べれば,ベッセル特性(或いは最大遅延平坦特性)のインパルス応答波形の対称性は随分良いのですが,図4.17のように5次程度ではまだまだという感じです.
そのようなフィルタを通した上でルートコサインロールオフのような時間軸上左右対称の波形にしなければならない,となるとデジタルフィルタであるBTFに頑張ってもらうしかないのです.
その補正が入った結果としてBTFの係数は対称性が無くなります.

LPFの特性の影響は,ルートコサインロールオフ特性では,確認しづらいかもしれません.
ルートを取り除いた,「コサインロールオフ特性」にBTFを設定すると,コンスタレーションが8つの星(点)を通りますので,その星が滲みの無い綺麗な点になっているかで,フィルタの出来栄えがわかります.
(RFワールドNo.23のp.1,図2)
LPFの影響を考慮しないと,きれいな点になりません.

以上,よろしくお願いいたします.
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/2/28(水) 19:41 -
▼editorさん:

ご回答ありがとうございました。

(1) 直流オフセット設定については了解いたしました。

(2) BTFの係数設定については、シミュレータのポテンショメータでは精度に
  限界があるし、LPFの影響についてはピンと来なかったのでラフながらも
  対称性だけは確保しておいたほうがいいのではないかと思いました。

  しかし本日シミュレータでVCVSタイプの乗算器を見つけましたので、
  これで係数設定をやってみることにします。

  コサインロールオフ特性のBTFの係数も教えていただければ実際に
  やってみたいと思いますので、よろしくお願いいたします。
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 editor  - 18/3/3(土) 15:03 -
小池先生からのご回答を代行して書き込みます.

▼Hiroyuki Naitoさん:
>  コサインロールオフ特性のBTFの係数も教えていただければ実際に
>  やってみたいと思いますので、よろしくお願いいたします。
内藤様

コサインロールオフ特性のBTF係数をお知らせします.
二種類のファイルを用意しました.
(1) BTF50kΩの設定値(20180302追記)CRO.xlsx
(2) BTF50kΩの設定値(20180302追記)CRO_LPF無.xlsx

上述の(1)はLPFの補正を含んだ係数で,(2)はLPFの補正を含まない係数です.
なお,(2)はLPFの補正を取り除いたので係数が対称的になります.

これらは以前添付した
473_BTF50kΩの設定値(2018追記).xlsx
の中にある「BTF重み係数」というシートを修正することで得られます.

(1)は上記シート内のセルM17からM333を修正します.セルM17の変更は次のようになります.
変更前
=IF(ABS(F17)<$O$2,1,IF(ABS(F17)<$O$3,COS(0.5*PI()/$F$2*(ABS(F17)-$O$2)),0))
変更後
=IF(ABS(F17)<$O$2,1,IF(ABS(F17)<$O$3,COS(0.5*PI()/$F$2*(ABS(F17)-$O$2))^2,0))
これをM333までコピーします.
なお,この際セルO8に設定している遅延も幾らか調整していますが,これは必須ではありません.

(2)はセルO17からO333,P17からP333に設定しているLPFの特性が1になるよう修正して求めたものです.
この場合も,セルO8に設定している遅延を調整していますが,これも必須ではありません.

以上,よろしくお願いいたします.
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/3/14(水) 16:12 -
▼editorさん:

ExcelのCRO(コサインロールオフフィルタ、LPF補正あり)の係数の計算方法を
参考にして、下記のようにVCVSを定義して可変抵抗器に置き換えました。
10μVまで精度が上がりました。

VCVSの入力(A,B)、出力(V+,V-) AはDFFのQ、BはDFFの~Q、V-はGNDに接続。
V+ = Cn * VMAX / CnMAX + 2.5
= 0.00106 * 0.4*(b-a) /0.31140049 + 2.5 (C1の場合)

i(t)、BTF出力、Ia、Ib、シンボルクロックのシミュレーション波形を
添付します(シンボルクロック毎にπ/4ずつ移相)…i(t)_CRO.png
またq(t)の回路を追加して、i(t)とq(t)を同じスコープ上に表示させました
…i(t)_q(t)_CRO.png i(t):緑 q(t):赤 2.74Vp-p オフセット=0V

次にi(t)とq(t)をX-Y表示させて円を表示させてみます。そのあとIQ変調器の
スイッチングを使ったミキサの動作を確認してみたいと思います。
添付画像【488_i(t)_CRO.png : 307.2KB】
【488_i(t)_CRO.png : 307.2KB】

添付画像【488_i(t)_q(t)_CRO.png : 262.6KB】
【488_i(t)_q(t)_CRO.png : 262.6KB】

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[添付] :488_i(t)_CRO.png (307.2KB)

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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito  - 18/3/15(木) 14:28 -
▼editorさん:

i(t)、q(t)をX-Y表示させました。点は左回りなのでi(t)がX軸、
q(t)がY軸に割り付けられています。
時間軸表示では緑線がi(t)、赤線がq(t)になっています。

X-Yのスケールは回路シミュレータがスコープの表示範囲に
合わせて勝手に設定するので、1:1に設定できている訳では
ありません。

i(t)とq(t)がt=0からしばらくの間同じ値を取ることに注目して、
X-Y座標の原点からの直線が斜め45度になるよう、目勘でスコープ
の上下の表示範囲を調整している程度です。
添付画像【489_i(t)_q(t)_CRO_XY.png : 317.4KB】
【489_i(t)_q(t)_CRO_XY.png : 317.4KB】

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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 editor  - 18/3/16(金) 14:05 -
Hiroyuki Naitoさん,
 小誌ご愛読ならびに進捗の書き込みありがとうございます.
 うまく動作することを祈念いたしております.

 ご紹介いただいたシミュレータは,細部まで
シミュレーションできるようですね.
 興味深く拝見しております.

今後とも小誌ご愛読のほどよろしくお願い申し上げます.
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Re:[RFW23] Ia,Ibのレベル調整法
 Hiroyuki Naito E-MAIL  - 18/3/19(月) 13:58 -
▼editorさん:

> ご紹介いただいたシミュレータは,細部まで
>シミュレーションできるようですね.

Circuit Simulator AppletというJavascritで記述された電子回路
シミュレータで、Webブラウザ(Chromeがお奨め…IEではマウスの
ホイールに反応しないことがあった)上で動作します。
http://www.falstad.com/circuit/

初期画面の教科書レベルの回路しかシミュレーションできないと
思われたせいかもしれませんが、インターネット上では余り紹介
されていないようです。
私も半信半疑でしたが、デジアナ混在回路で160ヶのDFFとVCVSに
よる乗算器、オペアンプ、電圧源、シーケンスジェネレータの
組合せでもシミュレータは動きました。

シミュレーション結果そのものは保存できないのでプリントスク
リーンで代用しましたが、作成した回路はテキストベースで保存
できます。

使用できる回路ライブラリも標準ロジックをはじめ、コンデンサ、
抵抗、インダクタンス、トランス、トランジスタ、ダイオード、
リレー、オペアンプ、555タイマー、トライアック、ADC、DACと
豊富です。

カスタムロジックという真理値表ベースで設計できて、動作をクロ
ックに同期させたり、出力状態を入力状態に反映させるステート
マシンのような使い方もできる素子も便利です。
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C-BOARD Moyuku v1.01b6