很多现代无线电架构包含下变频级,可将RF或微波频段向下 转换至中频,以便进行基带处理。无论较终应用是通信应 用、航空**与*应用,或是仪器仪表应用,目标频率都 越来越高,并进入了RF和微波频谱。应对这种情况的一种可 行解决方案是使用更多的下变频级,如图1所示。而另一种更 有效的解决方案是使用集成数字下变频器(DDC)的RF ADC, 如图2所示。
图1. 带下变频级的典型接收器模拟信号链。
将DDC功能集成至RF ADC中便不需要额外的模拟下变频级, 并允许RF频率域中的频谱直接向下变频至基带进行处理。RF ADC处理GHz频率域中频谱的能力放宽了模拟域中进行多次 下变频的要求。DDC的这种功能使频谱得以保留,同时允许 通过抽取滤波进行过滤,这样还能提供改善带内动态范围 (增加SNR)的优势。有关该话题的更详细讨论可参见:"祖父时代的ADC已成往事," 以及"千兆采样ADC确保直接RF变 频." 这些文章进一步讨论了 AD9680 和 AD9625 ,以及它们的 DDC功能。
本文主要关注AD9680(以及 AD9690, AD9691 和 AD9684)中的DDC功能。为了理解DDC功能,并了解当ADC中集成了 DDC时如何分析输出频谱,我们将以AD9680-500为例。ADI 网站上的折折频工具 将作为辅助工具使用。这款使用简单但功 能强大的工具可用来帮助理解ADC的混叠效应,这是分析集 成了DDC的RF ADC(比如AD9680)中输出频谱的第一步。
本例中,AD9680-500工作时的输入时钟为368.64 MHz,模拟 输入频率为270 MHz。首先,理解AD9680中数字处理模块的 设置很重要。AD9680将设为使用数字下变频器(DDC),其输 入为实数,输出为复数,数控振荡器(NCO)调谐频率设为98 MHz,半带滤波器1 (HB1)使能,6 dB增益使能。由于输出是 复数,因此复数转实数模块禁用。DDC的基本原理图如下所 示。以下内容对于了解如何处理输入信号音很重要:信号首 先通过NCO,使输入信号音的频率偏移,然后通过抽取模 块,并可选择性通过增益模块,之后再选择性通过复数转实 数模块。 图
图3. AD9680中的DDC信号处理模块。
从宏观上把握信号流过AD9680也很重要。信号进入模拟输 入,通过ADC内核,进入DDC,通过JESD204B串行器,然后 通过JESD204B串行输出通道输出。可以参见图4中的AD9680 功能框图。
输入采样时钟为368.64 MHz,模拟输入频率为270 MHz,因 此输入信号将混叠进入位于98.64 MHz处的**奈奎斯特区。 输入频率的二次谐波将混叠进入171.36 MHz处的**奈奎斯 特区,而三次谐波混叠至72.72 MHz。这可以从图5中 折频工 具曲线看出。
图5. 折频工具中的ADC输出频谱。
图5中显示的折频工具曲线给出了信号通过AD9680中的DDC 之前,位于ADC内核输出端的信号状态。信号通过AD9680中 的**个处理模块是NCO,它会将频谱在频域中向左偏移98 MHz(记住调谐频率是98 MHz)。这会将模拟输入从98.64 MHz下移至0.64 MHz,二次谐波将下移至73.36 MHz,而三次 谐波将下移至–25.28 MHz(记住我们观察的是复数输出)。这 可以从Visual Analog的FFT曲线中看出,如下文图6所示。
从图6中的FFT曲线中可以清楚地看到NCO如何偏移我们在折 频工具中观察到的频率。有意思的是,我们可以在FFT中看到 一个未经表达的信号音。然而,这个信号音真的没有经过表 达吗?NCO并不偏移所有频率。本例中,它将98 MHz的基频 输入信号音混叠向下偏移至0.64 MHz,并将二次谐波偏移至 73.36 MHz,将三次谐波偏移至–25.28 MHz。此外,还有另一 个信号音也发生了偏移,并出现在86.32 MHz。这个信号音的 来源是哪里?它是否由于DDC或ADC的信号处理而产生的? 答案是:对,不对。
让我们更加细致地看一下这个场景。折频工具 不包含ADC的 直流失调。该直流失调导致直流(或0 Hz)处存在信号音。 折频工具假设ADC是理想器件,无直流失调。在AD9680的实 际输出中,0 Hz处的直流失调信号音向下偏移至–98 MHz。由 于复数混频和抽取,直流失调信号音折回实数频域中的** 奈奎斯特区。对于信号音偏移进入*二奈奎斯特区的复数输 入信号而言,它将会绕回至实数频域中的**奈奎斯特区。 由于使能了抽取,并且抽取率等于2,我们的抽取奈奎斯特区 宽度为92.16 MHz(回忆一下:fs = 368.64 MHz,抽取采样速 率为184.32 MHz,奈奎斯特区为92.16 MHz)。直流失调信号 音偏移至–98 MHz,为92.16 MHz奈奎斯特区边界以外5.84 MHz。当该信号音绕回至**奈奎斯特区时,它的失调和实 数频域中的奈奎斯特区边界相同,即92.16 MHz – 5.84 MHz = 86.32 MHz。这正是我们在上文FFT曲线中看到的信号音!因 此,技术上而言,ADC产生信号(因为它是直流失调),而 DDC略微移动它。这时候就需要进行良好的频率规划。适当 的频率规划有助于避免此类情形。
现在,我们讨论了一个使用NCO和HB1滤波器的示例,其抽 取率等于2;让我们在这个示例中再加入一点东西。现在,我 们将增加DDC抽取率,以便观察频率折叠效应以及采用较高 抽取率和NCO频率调谐时的转换情况。
本例中,我们观察采用491.52 MHz输入时钟和150.1 MHz模拟 输入频率的AD9680-500工作情况。AD9680将设为使用数字下 变频器(DDC),并采用实数输入、复数输出、NCO调谐频率 为155 MHz、半带滤波器1 (HB1)和半带滤波器2 (HB2)使能 (总抽取率等于4)、6 dB增益使能。由于输出是复数,因此 复数转实数模块禁用。回顾图3中的DDC基本原理图,该图表 示信号流过DDC。同样,信号首先通过NCO,偏移输入信号 音的频率,然后通过抽取、增益模块,以及在本例中旁路复 数转实数模块。
我们将再次使用折频工具 来帮助理解ADC的混叠效应,以便评 估模拟输入频率和谐波在频域中的位置。本例中,我们有个实 数信号,采样速率为491.52 MSPS,抽取率设为4,输出复数。 在ADC的输出端,采用折频工具显示的信号如图7所示。
图7. 折频工具中的ADC输出频谱。
输入采样时钟为491.52 MHz,模拟输入频率为150.1 MHz,因 此输入信号将残留在**奈奎斯特区。位于300.2 MHz的输入 频率二次谐波将混叠进入191.32 MHz处的**奈奎斯特区, 而450.3 MHz处的三次谐波混叠进入41.22 MHz处的**奈奎 斯特区。这是信号通过DDC之前ADC输出端上的信号状态。
现在,让我们看一下信号如何通过DDC内部的数字处理模 块。我们将查看进入每一级的信号,并观察NCO如何偏移信 号,而抽取过程随后又是如何折叠信号的。我们将保持曲线 的输入采样速率(491.52 MSPS),fs项与此采样速率有关。让 我们观察一般过程,如图8所示。NCO将向左偏移输入信号。 一旦复数(负频率)域中的信号偏移**过–fs/2,就会折回* 一奈奎斯特区。接下来,信号通过**抽取滤波器HB1,抽 取率为2。在图中显示了抽取过程,但没有显示滤波器响应, 虽然这两个操作是同时发生的。这是为了简单起见。完成* 一次2倍抽取之后,fs/4至fs/2的频谱转换为–fs/4至DC的频率。 类似地,–fs/2至–fs/4的频谱转换为DC至fs/4的频率。信号现在 通过*二抽取滤波器HB2,它也是2倍抽取(总抽取现在等于 4)。fs/8至fs/4的频谱将转换为–fs/8至DC的频率。类似地,– fs/4至–fs/8的频谱将转换为DC至fs/8的频率。虽然图中显示了 抽取,但没有显示抽取滤波操作。
图8. 抽取滤波器对ADC输出频谱的影响—一般示例。
记得上一个示例中,我们讨论了491.52 MSPS输入采样速率以 及150.1 MHz输入频率。NCO频率为155 MHz,抽取率等于4 (由于NCO分辨率,实际NCO频率为154.94 MHz)。因此,输 出采样速率为122.88 MSPS。由于AD9680配置为复数混频, 我们需要在分析中包含复数频率域。图9显示了频率转换非常 繁忙,但如果仔细研究的话可以看到信号流。
图9. 抽取滤波器对ADC输出频谱的影响—实际示例。
NCO偏移后的频谱:
基频从+150.1 MHz下移至–4.94 MHz。
基频镜像从–150.1 MHz开始偏移,并绕回至186.48 MHz。
二次谐波从191.32 MHz下移至36.38 MHz。
三次谐波从+41.22 MHz下移至–113.72 MHz。
2倍抽取后的频谱:
基频停留在–4.94 MHz。
基频镜像向下转换至–59.28 MHz,并由HB1抽取滤波器衰减。
二次谐波停留在36.38 MHz。
三次谐波由HB1抽取滤波器大幅衰减。
4倍抽取后的频谱:
基频停留在–4.94 MHz。
基频镜像停留在–59.28 MHz。
二次谐波停留在-36.38 MHz。
过滤三次谐波,并由HB2抽取滤波器几乎完全消除。图9.
现在,来看看AD9680-500的实际测量。可以看到基频位于– 4.94 MHz 。基频镜像位于–59.28 MHz , 幅度为–67.112 dBFS,意味着镜像衰减了大约66 dB。二次谐波位于36.38 MHz。注意,VisualAnalog无法正确找到谐波频率,因为它不 解析NCO频率和抽取率。
图10. 信号经过DDC后的FFT复数输出曲线(NCO = 155 MHz,4倍抽取)。
如果DDC设为实数输入和复数输出,并且NCO频率为155 MHz(实际是154.94 MHz),那么从FFT中可以看出AD9680- 500的输出频谱,而抽取率为4。我鼓励大家了解信号流程 图,理解频谱是如何偏移和转换的。我还鼓励大家详细了解 本文中的示例,以便理解DDC对于ADC输出频谱的影响。我 建议打印图8 并随时参考, 供分析AD9680 、AD9690 、 AD9691和AD9684的输出频谱时使用。支持这些产品时,我 遇到了很多人们认为无法解释的ADC输出频谱相关的频率问 题。然而一旦完成了分析,并通过NCO和抽取滤波器分析了 信号流,之前认为无法解释的频谱杂散便可以证明它们实际 上是确实应当存在的信号。我希望,通过阅读和学习本文, 下次碰到集成DDC的ADC时,您可以更有准备地处理问题。 敬请关注*二部分—我们将从其它方面继续讨论DDC,以及 如何仿真它的行为。我们将讨论ADC混叠导致的抽取滤波器 响应,将会提供更多示例,并使用Virtual Eval来观察AD9680 中的DDC工作情况及其对ADC输出频谱的影响。
西门子股份公司(SIEMENS AG FWB:SIE, NYSE:SI)是世界较大西门子公司总部的机电类公司之一,1847年由维尔纳·冯·西门子建立。国际总部位于德国慕尼黑。西门子股份公司在法兰克福证券交易所和纽约证券交易所上市。主要业务集中在工业、能源、医疗、基础设施与城市四大业务领域。2005年,西门子集团在190个国家和地区雇用员工460,800人,**收入为754.45亿欧元。2014年9月,西门子股份公司和博世集团达成协议:罗伯特·博世公司收购西门子所持有的合资企业博世和西门子家用电器集团(简称博西家电)50%的股份,交易完成后博西家电成为博世集团的全资子公司,西门子彻底退出家电领域。出售家电业务正是西门子专注于电气化、自动化和数字化战略的体现之一。
2018年10月11日,《福布斯》发布2018年**较佳雇主榜单,西门子排名*15位。
由于无速度反馈的矢量控制(SVC)能提供很高的动态和静态特性,因此在以下应用场合可以使用MM440的无速度反馈的矢量控制模式。 要求很高的动态特性 低速时要求提供大的输出力矩 要求很精确的速度稳定性 要求对电机提供很完善的保护 要求很快的响应速度 由于SVC控制需要很精确的电机模型,因此SVC控制不能应用于以下一些场合: 电机和变频器的额定功率比小于1比4 电机运行较大频率**过200HZ 同步电机和多电机传动。
在变频器与电动机和电源线连接时必须注意以下几点:
1)变频器必须接地。
2)在变频器与电源线连接或更换变频器的电源线之前,应完成电源线的绝缘测试。
3)确信电动机与电源电压的匹配是正确的。
4)不允许把MM440变频器连接到电压更高的电源上。
2.MM440的开关量运行
西门子MM440变频器系列篇(1)数字量控制
MM440变频器有6个数字输入端口,用户可根据需要设置每个端口的功能。从P0701~P0706为数字输入1功能至数字输入6功能,每一个数字输入功能设置参数值范围均从0~99,工厂默认值为1,下面列出其中几个参数值,并说明其含义。
(1)参数值为1:ON接通正转,OFFl停车。
(2)参数值为2:ON接通反转,OFFl停车。
(3)参数值为3:OFF2(停车命令2),按惯性自由停车。
(4)参数值为4:OFF3(停车命令3),按斜坡函数曲线快速降速
(5)参数值为9:故障确认。
(6)参数值为10:正向点动。
(7)参数值为11:反向点动。
(8)参数值为17:固定频率设定值。
(9)参数值为25:直流注入制动。
MM440变频器数字输入控制端口开关量运行接线如图所示。在图中SBl~SB4为带自锁按钮,分别控制数字输入5~8端口。端口5设置为正转控制,其功能由P0701的参数值设置。端口6设为反转控制,其功能由P0702的参数值设置。端口7设为正向点动控制,其功能由P0703的参数值设置。端口8设为反向点动控制,其功能由P0704的参数值设置。频率和时间各参数在变频器的前操作面板上直接设置
系统操作步骤如下:
(1)连接好电路,检查线路正确后合上变频器电源空气开关Q。
(2)恢复变频器工厂默认值。按下P键,变频器开始复位到工厂默认值。
(3)设置电动机参数,然后设P0010=0,变频器当前处于准备状态,可正常运行。
(4)设置数字输入控制端口开关操作运行参数,
1)电动机正向运行。当按下按钮SB1时,变频器数字输入端口5为“ON”,电动机按P1120所设置的5s斜坡上升时间正向起动,经5s后稳定运行在560r/min的转速上。此转速与Pl040所设置的20Hz频率对应。松开按钮SB1,数字输入端口5为“OFF”,电动机按P1121所设置的5s斜坡下降时间停车,经5s后电动机停止运行。
2)电动机反向运行。如果要使电动机反转,则按下按钮SB2,变频器数字输入端口“6”为“ON”,电动机按P1120所设置的5s斜坡上升时间反向起动,经5s后反向运行在560r/min的转速上。此转速与P1040所设置的20Hz频率对应。松开带锁按钮SB2,数字输入端口6为“OFF”,电动机按P1121所设置的5s斜坡下降时间停车,经5s后电动机停止运行。
3)电动机正向点动运行。当按下正向点动按钮SB3时,变频器数字输入端口7为“ON”,电动机按P1060所设置的5s点动斜坡上升时间正向点动运行,经5s后正向稳定运行在280r/min的转速上。此转速与P1058所设置的10Hz频率对应。当松开按钮SB3时,数字输入端口7为“OFF”,电动机按P1061所设置的5s点动斜坡下降时间停车。
4)电动机反向点动运行。当按下反向点动按钮SB4时,变频器数字输入端口8为“ON”,电动机按P1060所设置的5s点动斜坡上升时间反向点动运行,经5s后反向稳定运行在280r/min的转速上,此转速与P1058所设置的10Hz频率对应。当松开按钮SB4时,数字输入端口8为“OFF”,电动机按P1061所设置的5s点动斜坡下降时间停车。