Federico Perini - Medichat 13 Novembre 2007

BEST-2: FRONT END e RICEVITORIBEST-2: FRONT END e RICEVITORI

Medichat 13 Novembre 2007 2

BEST-2 Architettura generale

BEST-xGENERAL ARCHITECTURE

Medichat 13 Novembre 2007 3

Schema presentazione

1. Chi siamo, da dove veniamo, dove andiamo…

2. Nuovi FE

- Breve storia (specifiche progetto)

- Progetto, produzione e caratterizzazione

- Progetto integrazione meccanica FE-TXO-BOX

3. Ricevitori

- Progetto e realizzazione

- Progettazione integ. Mecc.Carrier-RXO e RACK

- Caratterizzazione

4. Considerazioni sull’esperienza acquisita

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Dove siamo?

C- BEST-3: A third step equipped by 14 N/S cylinder reflectors plus 6 E/W focal lines.

- Ag=7260 m2 -> Aeff=4140 m2

- 16MHz bandwidth - 80 Rx installed

A- BEST-1: A first single N/S cylindrical reflector test bed - Ag=176 m2 -> Aeff=125 m2

- 16MHz bandwidth - 4 Rx installed

B- BEST-2: A second test bed equipped by 8 N/S cylindric reflectors - Ag=1410 m2 -> Aeff=1000 m2

- 16MHz bandwidth - 32 Rx installed

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FRONT END: primi studi e prototipi (2002)

IRL 10dB

Gain 20dB

NF / Tn 0.42dB / 29K

P1dB +15dBm

OIP3 +24dBm

LNA @ 408MHz

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Prime prove su antenna N/S (2002)

60->50Ohm

First stage

Sec. stage

Vcc (7812)

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Prime prove su antenna N/S (2002)

Antenna non sezionata

Buona reiezione FM (G_LNA=-25/-11dB)

Assenza filtro interstadio

Nessun filtraggio 1.2GHz (G_LNA=10.2dB)

Assenza prodotti spuri @ 408MHz

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FRONT END (2003)

Specifiche iniziali BEST:

• Discesa in coax

• ADC in cabina

• BW=3.5MHz (Pieracci Board)

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BEST-1 “Coax” (2003)

Antenna sezionata

Peggiore reiezione FM (-20dB)

Filtro interstadio

Filtraggio 1.2GHz (+15dB)

Prodotti spuri @ 408MHz

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Front End (2004)

Penuria fondi Stesso PCB

Migliore reiezione FM (G_LNA=-40/-30dB)

Filtraggio 1.2GHz (G_LNA=-5dB)

No prodotti spuri @ 408MHz

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Front End (2004)

400 404 408 412 416Frequency (MHz)

S11

-10

-8

-6

-4

-2

0

DB(|S(1,1)|)FE_8V_01

DB(|S(1,1)|)FE_8V_03

DB(|S(1,1)|)FE_8V_04

DB(|S(1,1)|)FE_8V_05

DB(|S(1,1)|)FE_8V_06

400 404 408 412 416Frequency (MHz)

S21

36

37

38

39

40

41

42

DB(|S(2,1)|)FE_8V_01

DB(|S(2,1)|)FE_8V_03

DB(|S(2,1)|)FE_8V_04

DB(|S(2,1)|)FE_8V_05

DB(|S(2,1)|)FE_8V_06

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FE BEST-1 “Fibra Ottica” (2004)

Specifiche finali BEST:

• Discesa in FO

• ADC in stanza RX

• BW=16MHz

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FE BEST-2 (2007)

400 404 408 412 416Frequency (MHz)

S21

36

37

38

39

40

41

42

DB(|S(2,1)|)FE_8V_01

DB(|S(2,1)|)FE_8V_03

DB(|S(2,1)|)FE_8V_04

DB(|S(2,1)|)FE_8V_05

DB(|S(2,1)|)FE_8V_06

400 404 408 412 416Frequency (MHz)

S11

-10

-8

-6

-4

-2

0

DB(|S(1,1)|)FE_8V_01

DB(|S(1,1)|)FE_8V_03

DB(|S(1,1)|)FE_8V_04

DB(|S(1,1)|)FE_8V_05

DB(|S(1,1)|)FE_8V_06

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Progettazione FE

• LNA Bilanciato:– Input matching x minima NF (& reiezione FM)– Rilassamento reiezione 1.2GHz (inserimento LFCN dopo HEMT)– Rilassamento condizione di stabilità (massimizzazione guadagno)

(NF = ILInput_Hybrid+NFA)

• Circuito modulare:– 3 stadi (TXO ANDREW) o 2 stadi (TXO MITEQ)– 5Volt (GVA) o 8Volt (GALI-5)

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OTTIMIZZAZIONE DELLE SIMULAZIONI CIRCUITALI

Inserimento di modelli più accurati dei componenti circuitali

Simulazioni elettromagnetiche

Modello della transizione tra connettore e pista di segnale

Misura e de-embedding di S-param di comp. critici

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Intermodulazioni FM-TV?

• Int_FM-TVinput=-122dBm

• Termico tutta banda KTBBW=-107dBm

• Polyphase 1024ch KTBCH=-137dBm reiettare FM almeno di altri 15dB!!

• Polyphase 16Kch, KTBCH=-149dBm, reiettare FM almeno di altri 30dB!!!

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Dentro al Front End

RFin RFout

NF=0.45dB Tn=32K Gain=60dB BW=16MHz@408MHz OIP3>+33dBm

Input RL>15dB Output RL>15dB Power Supply=10-15Volt@=245mA

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Caratterizzazione FE

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

396 400 404 408 412 416 420

Frequency [MHz]

|S11

| [d

B]

FE#10 FE#21 FE#22 FE#23 FE#24 FE#25 FE#26 FE#27 FE#28 FE#29 FE#30

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

396 400 404 408 412 416 420

Frequency [MHz]

|S21

| [d

B]

FE#10 FE#21 FE#22 FE#23 FE#24 FE#25 FE#26 FE#27 FE#28 FE#29 FE#30

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Caratterizzazione FE: scelta dei 32 per BEST-2

|S11| dB @ 408MHz

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

|S21| dB @ 408MHz

60

60,5

61

61,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Resa PCB =32 su 37

Medichat 13 Novembre 2007 20

Circuito di protezione sovratensioniCircuito di protezione sovratensioni

LNA TX-O

CABINA

ALIMENTATORE CC

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Circuito di protezione sovratensioniCircuito di protezione sovratensioni

• Prima protezione: varistore 56V• Seconda protezione: transil 22V• Filtro per eliminare eventuali componenti spurie

catturate dal cavo di alimentazione, avente lunghezza massima di 70m.

• Morsettiera a 4 vie:– 2 uscite (14 V) per alimentazione LASER e LNA– 1 ingresso (14.4 V) per cavo alimentazione

proveniente da alimentatori in c.c. posti in cabina – 1 uscita (14.4 V) per la scatola successiva (la

differenza di tensione tra la scatola più vicina e quella più lontana servite dallo stesso alimentatore è di 0.5V).

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TX & RX ottici BEST-2

Custom product:

1. Electrical specs (<1GHz)

2. Mech. Specs (RX housing)

3. TX=760€

4. RX=195€TX RX

=1310nm NF=36dB Gain=-25dB BW=(0.1-1)GHz IIP3>+33dBm

Input RL>15dB Output RL>20dB Power Supply=(12-15)Volt@75mA

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Studio ingombro meccanico e disposizione

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Assemblaggio scatole a terra

Discharges protection

circuit

3 stages FE

Opt. TX

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“Test elettrico” scatole assemblate: effetto dispersione S21 dei link ottici

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

396 400 404 408 412 416 420

Frequency [MHz]

|S11

| [d

B]

1N-1-1 1N-1-2 1N-1-3 1N-1-4 1N-2-1 1N-2-2 1N-2-3 1N-2-4

33

34

35

36

37

38

396 400 404 408 412 416 420

Frequency [MHz]

|S21

| [d

B]

1N-1-1 1N-1-2 1N-1-3 1N-1-4 1N-2-1 1N-2-2 1N-2-3 1N-2-4

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Progetto ricevitori: alcune specifiche

• IP3 tale da avere prodotti sotto (-10dB) il noise termico KTB IIP3 > -60dBm

• Disponibilità 408MHz out (entrare nel sistema analogico + monitor)

• IF=30MHz, OL=378MHz• Pin_ADCBW=-20/-10dBm (ADC Berkeley)• PinKTB=-107dBm (Tb=20K) /-100dBm (Tb=500K)

Gain=90dB, GainRX=55dB• Prove su BEST-1 hanno concluso che considerare le

RFI comporta 2bit (~12dB) in più del KTB– conto teorico=7bit (~42dB)!!! Approfondimenti in corso!!

• Att.Dig. 31.5dB con 0.5dB step (HMC472LP4)• Solo MMIC Minicircuits GALI-5 (1 RF, 1 OL e 4 per IF)

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La scheda “carrier”

IF uP

• Power monitor (AD8362) AD10dB• Controllo accensione di ogni stadio di amplificazione

(diagnostica e power-safe via software)• 100Ohm 2W su carrier, 10Ohm 0.25W su scheda IF

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Dal link ottico ai ricevitori

Light

Medichat 13 Novembre 2007 29

Dentro ai ricevitori IF

Signal paths: RF, IF, OL and digital control&monitor.

To A/D

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Studio assemblaggio meccanico Carrier-RXO

Medichat 13 Novembre 2007 31

Studio assemblaggio meccanico Cassetto

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Un cassetto completo = 2 cilindri N/S

19”

To LAN

485 bus

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Caratterizzazione ricevitori

• Sistema a conversione NO VNA• Caratterizzazione in due tempi:

1) Pin=-70dBm & ATT=16dB

Misura Marker SA, Power Meter e Monitor

2) Pin=-70dBm & Pout(Power Meter)=-15dBm

Settaggio ATT e misura Marker SA e Monitor

N RX Watt Mark Mon Watt Mark Mon Att

1 -13.91 -14.17 -18 -14.91 -15.33 -19.12 16+1

2 -14.60 -15 -19.3 -15.12 -15.6 -19.9 16+0.5

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Caratterizzazione RX

• Massima differenza tra RXn e RXm = 1.5dB (ATT=16+0.5 ÷ ATT=16+2)

• Resa produzione Studioemme:– 35 carrier su 35– 33 PCB su 35 (componenti critici: filtri e

choke)– 34 scatolini fresati su 35

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Controllo carrier via Labview

• Controllo singoli bit degli Att.Dig.• Controlli indipendenti Power degli stadi amplificatori• Programmazione singole schede o modalità

broadcasting (max 8)

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Spurie ON

• Spurie a: 21.2MHz, 32.5MHz e 43.8MHz

f~11MHz?!?

Quarzo uP!

• Prova R-C (~8MHz) del uP e quarzo OFF

Spuria solo a ~33MHz (quarta armonica)

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Spurie OFF

47uH

2.2nF56pF

• Risolto con cella • Nelle prox versioni/repliche:

– Cella (intervento manuale , no modifiche su PCB )– 5V esterna pulita (alimentatore esterno in più )– Generare 5V per Att. Dig. direttamente su PCB IF dalla 12V

(modifica PCB , montaggio automatico )

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Considerazioni finali

• Prodotte librerie gds MWO creare data base condiviso con regole per produzione prototipi in casa con fresa PCB e per produzione con ditte esterne

• Studiare sistema di test PCB prima dell’assemblaggio nei box schermanti, Teko per FE e fresati ad hoc per carrier) per resi a ditta che produce gli stampati e monta i componenti

• Acquisire mentalità di gestione per piccole produzioni e magazzino