Konstrukce Telekomunikačních Zařízení
Projekt 1
návrh, simulace a implementace analogových filtrů Ondřej Zub (
[email protected])
2. dubna 2005
Cílem projektu je seznámit se prakticky s programovatelnými analogovými součástkami. Pro tento účel byla vybrána realizace pásmové propusti pro vysílací část ATU-R ADSL modemu, kterou je možné omezit spektrum vysílaného signálu tak, aby vyhovoval spektrální masce uvedené v doporučení ITU-T G.992.1 – obrázek 1. Filtr je tvořen kaskádním řazením horní a dolní propusti, realizovaných pomocí integrovaných obvodů ispPAC10 a ispPAC80.
Obrázek 1: spektrální maska pro ATU-R
zadání 1. Naprogramujte obvod ispPAC80 tak, aby realizoval dolní propust odpovídající části požadovaného filtru. Parametry součástek volte tak, aby výsledný filtr měl v propustném pásmu jednotkový přenos. 2. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci filtru. 3. Změřte pomocí wobleru modul kmitočtové charakteristiky DP. 4. Naprogramujte obvod ispPAC10 tak, aby realizoval HP prvního řádu odpovídající příslušné části požadované PP. 5. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci filtru. 6. Změřte pomocí wobleru modul kmitočtové charakteristiky HP. 7. Změňte parametry bloku HP tak, aby jeho zisk vzrostl na referenčním kmitočtu o 6 dB a ověřte skutečnou hodnotu zisku měřením. 8. Naprogramujte do ispPAC10 dva kaskádně propojené bloky HP prvního řádu, nastavte parametry obvodu pro celkový zisk systému 0 dB v propustném pásmu. 9. Propojte testovací desky s obvody ispPAC10 a ispPAC80. 10. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci kaskády filtrů. 11. Změřte pomocí wobleru výsledný modul kmitočtové charakteristiky kaskády filtrů. 12. Zhodnoťte kvalitu PP s ohledem na požadovanou masku – obrázek 1.
schema zapojení
Obrázek 2: schema zapojení
f [kHz] A [dB]
54 -20
131 -21
135 -22
138 -23
200 -52
250 -70
300 ×
307 ×
Tabulka 1: frekvenční charakteristika dolní propusti f [kHz] A [dB]
4 -40
15 -20
20 -16
25 -14
40 -10
Tabulka 2: frekvenční charakteristika horní propusti
dolní propust – tabulka 1, obrázek 3 Pro návrh dolní propusti byl pro svoji velmi strmou frekvenční charakteristiku zvolen eliptický filtr s mezní frekvencí 138.4 kHz a útlumem 58.19 dB na dvojnásobku mezní frekvence. Pro realizaci filtru byl použit integrovaný obvod ispPAC80. Dolní propust je reprezentována v obslužném software identifikátorem 4272.
−20
−30
−40 A [dB]
−50
−60
−70
0
100
200
300
f [kHz]
Obrázek 3: frekvenční charakteristika dolní propusti
horní propust – tabulka 2, obrázek 4 Pro návrh horní propusti byl využit integrovaný obvod ispPAC10. Pro zvýšení strmosti přechodového pásma bylo užito kaskádní zapojení dvou identických bloků reprezentujících shodnou horní propust.
kompletní filtr (kaskádní zapojení dolní a horní propusti) – tabulka 3, obrázek 5 Zapojme nyní do kaskády navrženou dolní a horní propust – získáváme tak kompletní pásmovou propust.
−10
−20 A [dB]
−30
−40
0
10
20
30
40
f [kHz]
Obrázek 4: frekvenční charakteristika horní propusti f [kHz] 4 10 16 20 25 33 40 55 70 80 90 120 130 135 150 165 175 190 200 210 230 250 280 300 350
A [dB] -40 -25 -19 -16 -13 -11 -10 -9 -8 -8 -8 -8 -9 -10 -17 -17 -25 -37 -41 -47 -60 -71 -64 -65 -75
Tabulka 3: frekvenční charakteristika pásmové propusti
50
0
−20
A [dB] −40
−60
−80
0
100
200
300
400
f [kHz]
Obrázek 5: frekvenční charakteristika pásmové propusti
0
−10
−20 A [dB] −30
−40
−50
0
100
200
300
400
f [kHz]
Obrázek 6: frekvenční charakteristika pásmové propusti – výstup „wobleruÿ
zvýšení zisku filtru o 6 dB Zvýšení zisku filtru o 6 dB lze docílit úpravou parametrů horní propusti tak, že zesílení prvního operačního zesilovače změníme z původní hodnoty 1 na hodnotu 2.
konfrontace navrženého filtru se zadanou spektrální maskou
−40
−60 A [dB]
−80
−100
0
100
200
300
400
f [kHz]
Obrázek 7: frekvenční charakteristika pásmové propusti – konfrontace se zadanou maskou (čárkovaně – zadaná maska, plně – frekvenční charakteristika navrženého filtru)
závěr Konfrontujeme-li výsledek návrhu se zadanou spektrální maskou, musíme konstatovat, že námi navržený filtr nesplňuje zadané požadavky. Část filtru tvořící horní propust nesplňuje do detailu požadovanou strmost. Tento fakt je zapříčiněn možnostmi programovatelného obvodu ispPAC10, který bohužel nebylo možno nakonfigurovat tak, aby vzestupná hrana frekvenční charakteristiky splnila zadané požadavky. Výsledný útlum při vyšších frekvencích (určený frekvenční charakteristikou dolní propusti) rovněž nebyl dodržen. Zde se však jako limitující faktor jevil časový limit určený k návrhu. I přes zmíněná omezení a drobná nedodržení zadání lze mluvit o úspěchu, neboť hlavním cílem měření bylo seznámení se s analogovými programovatelnými součástkami. Lze tedy říci, že dominantní cíl měření byl splněn.
