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11-2014

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HF-Praxis 11/2014

Rubriken Aktuelles

Rubriken Aktuelles Analog Devices auf der electronica 2014 Analog Devices, Inc. (ADI) wird auf der electronica 2014 vom 11. bis 14. November in seinem „Analog to Anywhere“ Technology Pavillon (Halle A4, Stand 159) innovative Lösungen präsentieren und eine reichhaltige Auswahl an Demonstrationen zeigen. Sie sollen den Kunden bei ihren schwierigsten Designaufgaben helfen. ADI wird fünf einzelne Bereiche zu wegweisenden Trends aus Industrie und Gesellschaft vorstellen. Jeder Bereich illustriert den Weg eines Kunden nach dem Motto „Go Anywhere with Analog“, wobei für die HF- und Mikrowellentechnik vor allem das Thema „Analog to >Always Connected“ am interessantesten sein dürfte. Hier erwarten den Besucher folgende Demonstrationen: High-Speed-Konnektivität Stars dieser Demonstration sind die beiden High-Speed-Analogmodule -DAQ2 und -COMMS5 • Das Board AD-FMCDAQ2- EBZ (eine Kombination aus AD9144 + AD9680 + AD9523-1) ist mit dem Xilinx ZC706 verbunden. Die über die Xilinx JESD204B IP-Blöcke erfassten Daten werden an den Hauptspeicher transferiert, von wo aus sie der Dual-Core ARM Cortex-A9 verarbeitet. Anschließend erfolgt die Ausgabe auf einem HDMI- Monitor. • AD-FMCOMMS5-EBZ ist ein schnelles Analogmodul, das die Fähigkeiten des AD9361 in MIMO-Anwendungen zeigen soll. Es ist ebenfalls mit dem Xilinx ZC706 verbunden. Die Erfassung der Daten erfolgt mit mehreren Empfängern, die sich innerhalb desselben AD9361 befinden. Die Xilinx-Struktur innerhalb des Zync korrigiert im Baustein entstandene Phasenambiguität. Komplette 60 GHz Funk-Backhaul-Lösung für Kleinzellen ADI und Xilinx präsentieren gemeinsam eine komplette Funk-Lösung für den Kleinzellen-Backhaul-Markt. Das Referenzdesign bringt es auf einen Datendurchsatz von mehr als 1 GBit/s über 60-GHz-Strecken und nutzt dazu das QAM- Modem Xilinx WBM256 und das Evaluation Board AFEWB- R1 zusammen mit dem 60-GHz- Chipsatz und einem ADC von ADI. Die Aufwärtswandlung auf das 60 GHz ISM-Band wird vom integrierten HMC6300BG46 vorgenommen, während die Abwärtswandlung durch den Empfänger HMC6301BG46 erfolgt. Als ADC kommt der 8b HMCAD1511 zum Einsatz, der für den Zweikanal-Betrieb mit 500 MSPS oder für den Einkanal-Betrieb mit 1 GSPS konfigurierbar ist. Einfacher Signalanalyzer Bestückt mit verschiedenen Produkten von ADI und Hittite, ermöglicht diese Signalanalyzer- Demonstration die Untersuchung beliebiger Teile des HF-Spektrums von 100 kHz bis 3 GHz. So können die Besucher das am ADI-Stand laufende Internet of Things-Funknetzwerk live beobachten. Wichtige Bauelemente sind ein neuer ADC, der eine Bandbreite von 20 MHz bis 160 MHz digitalisieren kann, der Breitband-PLL/VCO ADF5355 und der Mischer HMC787, der die HF-Eingangsbandbreite des Analyzers von 100 kHz bis 3 GHz möglich macht. ■ Analog Devices www.analog.com electronica 2014 Halle A4, Stand 159 5 - ) 6 4 , - 7 6 5 + 0 ) , / > 0 1 D H M M M I A = J H @ A 2 = H J A H 5 - ) 6 4 , - 7 6 5 + 0 ) , 6 A/ A B> 0 " ' # % " # B & % H K I J H " ' # ! ! " A ? A D A E 6 A A B = N " ' # % # - = E E B ( I A = J H @ A 5 ; 5 6 - - / - 4 6 - 5 ) 6 - 1 6 - 7 1 ) 6 1 4 . K @ 9 2 - 6 - - 6 9 1 + 7 / > E I " / 0 46 hf-praxis 11/2014

Quarzoszillatoren Leistungsfähige TCXOs Über 50 Jahre lang wurden überwiegend Thermistor-/Widerstandsnetze für die Temperaturkompensation von Quarzoszillatoren eingesetzt. Dabei beseitigt eine durch ein Netzwerk aus einem oder mehreren Thermistoren generierte Korrekturspannung die Frequenz/ Temperatur-Abhängigkeit eines spannungsgeregelten Quarzoszillators. Mit dem Aufkommen von Kapazitätsdioden und aufgrund der bei NTC-Thermistoren erzielten Verbesserungen, wurde bei Quarzen eine wesentlich genauere Kompensation möglich, die Stabilitäten von 0,5ppm ermöglichte. Digitale Temperaturkompensation Die bis Ende der 1970er Jahre erzielten Technologiefortschritte bei integrierten Schaltungen machten es schließlich möglich, Kompensationssysteme zu entwickeln, die Analog-Digital- Wandlung und Halbleiterspeicher einsetzten. Firmen wie Rockwell Collins und Greenray Industries stellten damit TCXOs her, deren Stabilität besser als 0,1ppm war. Im Laufe der Jahre sind weitere digitale Implementierungen entwickelt worden, viele mit Rechenfunktion zur Vereinfachung der Kalibrierung und des Systembetriebs. Einige von ihnen verwendeten komplexe Temperaturmesssysteme, wie ein zweimodulares Verfahren zur automatischen Temperaturerfassung des Quarzes. Obwohl mit einigen dieser Entwürfe Temperaturstabilitäten von 0,05ppm oder besser erreicht wurden, handelte es sich doch um relativ große und komplexe Baugruppen, bei denen es außerdem Rauschprobleme gab. Gerd Reinhold WDI AG www.wdi.ag Bild 1: Frequenz/Temperaturcharakteristik bei der Grundfrequenz für verschiedene Schnittstellen Die neuesten Entwicklungen für TCXO-Anwendungen sind aufgrund der weiter fortgeschrittenen Integration komplexe LSICs (Last Scale Integrated Circuits) mit einer Kombination aus Präzisions-Analogfunktionen, nichtflüchtigem Speicher, Kapazitätsdioden und HF-Oszillatorschaltungen. Bild 2 zeigt das Blockschaltbild eines kompletten Präzisions-TCXO, der heute in einem Gehäuse von nur 3,2 mm x 5 mm untergebracht ist. Das Herzstück des in Bild 2 gezeigten Blockschaltbildes ist der Generator zur Erzeugung von Polynomfunktionen (polynomial function generator). Das Ziel ist, eine temperaturveränderliche Spannung zu erzeugen, die genau der VCXO-Spannung entspricht, und die erforderlich ist, um die Oszillatorfrequenz über den gesamten Temperaturbereich exakt auf dem Sollwert zu halten. Ausgehend von einem linearen Temperatursensor und unter Verwendung einer Reihe von Analogmultiplikationen werden die Koeffizienten eines Polynoms höherer Ordnung simuliert. Diese Funktion lässt sich wie folgt darstellen: Δf/f(T) = a 0 +a 1 (T-T i )+a 2 (T-T i ) 2 +a 3 (T-T i ) 3 +a 4 (T-T i ) 4 +a 5 (T-Ti) 5 Dabei sind a 0 bis a 5 die Koeffizienten des zu erstellenden Polynoms, T ist die aktuelle Temperatur und Ti ist die „Umkehrtemperatur“ des Quarzes (das heißt die Temperatur, um die die Quarzkurve in Bezug auf den unteren und oberen Umkehrpunkt zentriert ist, üblicherweise liegt sie bei etwa +26 °C). Der Anpassungsbereich der Variablen wird so kalibriert, dass die verschiedenen Schnittwinkel des AT-Schnitt-Quarzes über den gesamten Temperaturbereich erfasst sind. Alle Temperaturen werden auf die Umkehrtemperatur des Quarzes bezogen. Die Werte der Koeffizienten werden als digitale Zahlenwerte in nicht-flüchtigen Registern auf dem Chip gespeichert. Ein idealer AT-Quarz sollte zwar einer Kurve dritter Ordnung folgen, aufgrund der Nichtlinearitäten im Schaltkreis und im Quarz ist es jedoch notwendig, auch Terme höherer Ordnung einzuschließen, um die benötigten Kompensationsspannungen zu generieren. Die Umkehrtemperatur des Quarzes spielt eine wichtige Rolle bei der Kurvenanpassung. Sie ist eine der Variablen, die programmierbar sein müssen, um eine größere Palette von Quarzen verwenden zu können. Manche rechteckigen Miniatur-Schnitt-Quarze können Umkehrtemperaturen von bis zu 40 °C aufweisen, was eine genaue Kompensationskurvenanpassung schwierig macht. Integrierte Oszillatorfunktionen Da die TCXO-Basisarchitektur auf einem einzigen IC untergebracht ist, werden bei einer fortschreitenden Verkleinerung der Präzisionsoszillatoren in Zukunft kleinere Resonatoren benötigt. Auf den neuesten Chips sind außer dem Funktionsgenerator auch alle anderen Oszillatorfunktionen enthalten. Sämtliche Schaltkreise auf dem Chip werden über einen Präzisions- LDO-Spannungsregler versorgt. Um die benötigte Frequenzstabilität zu erreichen, sind stabile Spannungen erforderlich, daher ist eine präzise Referenzspannungsquelle von entscheidender Bedeutung. Die niedrigste Betriebsspannung geht herunter bis +2,7 V. Die Treiberschaltung des Quarzoszillators befindet sich auch auf dem Chip. Dabei ist der Treiberstrom programmierbar, um unterschiedliche Quarzimpedanzen und -frequenzen bedienen zu können. Die Ausgangsstufe arbeitet als Pufferstufe gegen Lasten auf Quarz und Oszillator und liefert die benötigten Ausgangsspannungen. Die meisten ASICs liefern entweder ein CMOS- Rechteck oder einen Clipped- Sine-Wave mit niedrigem Pegel (1 VSS). Elektronische Frequenzregelung zur Implementierung einer VCXOFunktion ist möglich. Zur Speicherung von Seriennummern und sonstiger Charakterisierungsdaten zur besseren Automatisierung ist es sinnvoll, einige Bytes dafür an Speicher zur Verfügung zu haben. Kalibrierungs- und Kompensationsverfahren Aufgrund der inhärenten Eigenschaften der Quarz-Oszillator- Kombination ist eine Messung und Kalibrierung jedes einzelnen Oszillators notwendig, hf-praxis 11/2014 47

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