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Projekt:Gainblock Schaffen1105: Unterschied zwischen den Versionen

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Projekt:Gainblock Schaffen1105 (Quelltext anzeigen)

Version vom 10. August 2017, 20:28 Uhr

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=== Anwendungen ===
=== Anwendungen ===
Man kann so etwas z.B als Antennen-Vorverstärker für Empfänger benutzen. Dabei werden sie möglichst unmittelbar hinter der Antenne angeschlossen und erhöhen die Empfangspegel, wodurch Verluste im Kabel zum Empfänger ausgeglichen werden können. Vermutlich passen sie von den Eigenschaften hervorragend zur Kombination "billiges Koaxkabel und RTLSDR-Stick. Im Prinzip überall, wo man 12 dB Verstärkung im Frequenzbereich 40-1000 MHz (mit Abstrichen auch bis 1300 MHz) haben will.
Man kann so etwas z.B als Antennen-Vorverstärker für Empfänger benutzen. Dabei werden sie möglichst unmittelbar hinter der Antenne angeschlossen und erhöhen die Empfangspegel, wodurch Verluste im Kabel zum Empfänger ausgeglichen werden können. Vermutlich passen sie von den Eigenschaften hervorragend zur Kombination "billiges Koaxkabel und RTLSDR-Stick. Im Prinzip überall, wo man 12 dB Verstärkung im Frequenzbereich 40-1000 MHz (mit Abstrichen auch bis 1300 MHz) haben will.


=== Beteiligte Personen ===
=== Beteiligte Personen ===
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Mehr als ein Jahr nach dem Fund in der Grabbelkiste bot sich durch Zufall eine Gelegenheit: Die Leiterplatte eines Versuchsaufbau auf der Arbeit war nicht voll, eine rechteckige  Fläche war übrig! Nach Rücksprache mit meinem Chef bekam ich dieses Grundstück geschenkt. In der Mittagspause erfolgte Highspeed-Schaltungsdesign: Nicht die Schaltung ist für Highspeed ausgelegt, sondern die Erfassung im Layoutprogramm EAGLE erfolgte innerhalb von weniger als 20 Minuten.  
Mehr als ein Jahr nach dem Fund in der Grabbelkiste bot sich durch Zufall eine Gelegenheit: Die Leiterplatte eines Versuchsaufbau auf der Arbeit war nicht voll, eine rechteckige  Fläche war übrig! Nach Rücksprache mit meinem Chef bekam ich dieses Grundstück geschenkt. In der Mittagspause erfolgte Highspeed-Schaltungsdesign: Nicht die Schaltung ist für Highspeed ausgelegt, sondern die Erfassung im Layoutprogramm EAGLE erfolgte innerhalb von weniger als 20 Minuten.  
Eine kurze Internetrecherche zeigte das Broadcom, die den Geschäftsbereich von HP übernahmen, die Produktion dieser Verstärker-ICs 2013 einstellten. Allerdings haben wir eine ausreichende Menge für unseren Bedarf.
Eine kurze Internetrecherche zeigte das Broadcom, die den Geschäftsbereich von HP übernahmen, die Produktion dieser Verstärker-ICs 2013 einstellten. Allerdings haben wir eine ausreichende Menge für unseren Bedarf.


=== Bauteilauswahl ===
=== Bauteilauswahl ===
Der MMIC wird über eine Drossel und einen Widerstand in Serie, die an den Ausgang angeschlossen werden, mit Strom versorgt. Zur DC-Entkopplung des Ein- und Ausgangs sind Koppelkondensatoren erforderlich. Platz für einen LP2950 5V Spannungsregler war vorgsehen, aber 5V ist schon etwas mager und so wird die Regelung nicht bestückt, ebenso nicht die vorgesehene Idiotendiode bisher auch nicht.
Der MMIC wird über eine Drossel und einen Widerstand in Serie, die an den Ausgang angeschlossen werden, mit Strom versorgt. Zur DC-Entkopplung des Ein- und Ausgangs sind Koppelkondensatoren erforderlich. Platz für einen LP2950 5V Spannungsregler war vorgsehen, aber 5V ist schon etwas mager und so wird die Regelung nicht bestückt, ebenso nicht die vorgesehene Idiotendiode bisher auch nicht.


=== Schaltplan ===
=== Schaltplan ===
Der Schaltplan entspricht weitgehend dem Muster im Datenblatt. Der Serienwiderstand hat einen Wert von 200 Ohm und die Wuerth Chipinduktivität hat einen Wert von 470 nH  und eine Serienresonanzfrequenz von 375 MHz.  
Der Schaltplan entspricht weitgehend dem Muster im Datenblatt. Der Serienwiderstand hat einen Wert von 200 Ohm und die Wuerth Chipinduktivität hat einen Wert von 470 nH  und eine Serienresonanzfrequenz von 375 MHz.  


=== Layout ===
=== Layout ===
Die HF-Leitungen wurden als Microstripline ausgeführt, um Impedanzänderungen auf der Leiterplatte zu vermeiden. Durch diese Technik, bei der die Leiterbahnbreite auf die Substratstärke über einer Massefläche angepasst wird,  wird die u.a. die Leistungsanpassung beibehalten und Reflexionen an Impedanzsprüngen verhindert, was z.B. zu Frequenzabhängigen Verstärkungsabfällen führen würde.
Die HF-Leitungen wurden als Microstripline ausgeführt, um Impedanzänderungen auf der Leiterplatte zu vermeiden. Durch diese Technik, bei der die Leiterbahnbreite auf die Substratstärke über einer Massefläche angepasst wird,  wird die u.a. die Leistungsanpassung beibehalten und Reflexionen an Impedanzsprüngen verhindert, was z.B. zu Frequenzabhängigen Verstärkungsabfällen führen würde. Am Ausgangspin wird zunächst eine dünne Leiterbahn als Mänder weggeführt um ein paar pH Induktivität darzustellen, wonach die Serienschaltung aus L und R folgt. Am versorgungsseitigen Ende werden externe 14V eingespeist und mit einem 100nF Widerstand abgeblockt. Die Koppelwiderstände zu Ein- und Ausgang wurden zufällig von einem Häufchen mit 1, 10 und 100 nF Werten gegriffen, Hauptsache es blockt den Block ab. :-/
 
Am Ausgangspin wird zunächst eine dünne Leiterbahn als Mänder weggeführt um ein paar pH Induktivität darzustellen, wonach die Serienschaltung aus L und R folgt. Am versorgungsseitigen Ende werden externe 14V eingespeist und mit einem 100nF Widerstand abgeblockt.
 
Die Koppelwiderstände zu Ein- und Ausgang wurden zufällig von einem Häufchen mit 1, 10 und 100 nF Werten gegriffen, Hauptsache es blockt. :-/


[[Datei:Gainblock-1.jpg|240px]][[Datei:Gainblock-2.jpg|240px]]
[[Datei:Gainblock-1.jpg|240px]][[Datei:Gainblock-2.jpg|240px]]


Das Design wurde in die freie Ecke unseres Firmennutzen integriert und von Fa. [[f-l.de|Fischer Leiterplatten]] gefertigt.
Das Design wurde in die freie Ecke unseres Firmennutzen integriert und von Fa. [[f-l.de|Fischer Leiterplatten]] gefertigt.


=== Aufbau ===
=== Aufbau ===
Gelötet wurde mit Brille, bleihaltigem Lötzinn,ESD-geschützt und schnell.  
Gelötet wurde mit Brille, bleihaltigem Lötzinn und an ESD-geschütztem Arbeitsplatz.  
 


=== Inbetriebnahme ===
=== Inbetriebnahme ===
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==== Schwingneigung? ====
==== Schwingneigung? ====
Der Ausgang wurde - bei immernoch abgeschlossenen Eingang - über mehrere Dämpfungsglieder mit meinem Spektrumanalysator verbunden. Dort gab es keine stationären oder umherhüpfenden Spektrallinien, und mit 1.5 GHz ist der Frequenzbereich auch höher als der Nennfrequenzbereich des MMIC. Schwingneigung, die durch übermäßige Verkopplung von Eingang zu Ausgang entstehen könnte, schien nicht vorhanden zu sein. Die ist nämlich ein Spielverderber, es verfälscht die Nutzsignale, kann Empfängereingänge überlasten und den Stromverbrauch nebst Erwärmung hochtreiben. Auch ein entfernen des Eingangsabschluß und "herumfingern" auf dem Board schien nichts zu "triggrern".
Der Ausgang wurde - bei immernoch abgeschlossenen Eingang - über mehrere Dämpfungsglieder mit meinem Spektrumanalysator verbunden. Dort gab es keine stationären oder umherhüpfenden Spektrallinien, und mit 1.5 GHz ist der Frequenzbereich auch höher als der Nennfrequenzbereich des MMIC. Schwingneigung, die durch übermäßige Verkopplung von Eingang zu Ausgang entstehen könnte, schien nicht vorhanden zu sein. Die ist nämlich ein Spielverderber, es verfälscht die Nutzsignale, kann Empfängereingänge überlasten und den Stromverbrauch nebst Erwärmung hochtreiben. Auch ein entfernen des Eingangsabschluß und "herumfingern" auf dem Board schien nichts zu "triggrern".
Stabil!
== Messergebnisse ==
=== Anpassungsmessung ===
[tbd]
Die Anpassungsmessung zeigt, wie "gut" die Leistungsanpassung mit 50 Ohm Quellen und Verbrauchern funktioniert. Bei Abweichungen vom Idealwert wird ein Teil der Leistung reflektiert und geht damit in der Quelle, die dadurch wärmer wird, verloren. Auch wenn das System den Idealwert 50 Ohm nicht trifft, sollten zumindest alle Teile einer Verbindung (Quelle, Leitungen, Verbraucher) zumindest gleich sein. Das MMIC ist für 50 Ohm und 75 Ohm Systeme verwendbar, wird also voraussichtlich eine etwas höhere Eingangs- und Ausgangsimpedanz darstellen.


==== Verstärkungsmessung ====
==== Verstärkungsmessung ====
[[Datei:Gainblock.png|300px]]
Der Spektrumanalysator verfügt über einen Sender, der immer genau auf der Frequenz sendet wo der SA gerade empfängt (Wobbelprinzip.)  Daher war es möglich eine Messung zu machen die das Eingangssignal mit dem Ausgangssignal vergleicht. Dazu wurde zunächst die rosa Kurve aufgenommen bei der das Ansteuersignal vorm Sendereingang -20 dBm beträgt und sich um den unteren Bildschirmrand schlängelt. Bei dieser Messung wurden die Kabel mittels eines doppelseitigen BNC-Mädchen verbunden, ohne den Verstärker.
Nach Entfernen des BNC-BNC Verbinders wurde mithilfe von BNC-SMA Adaptern der Verstärker zwischengeschaltet und die gelbe Kurve aufgenommen. Die X-Achse stellt die Frrrrequenz (9 kHz bis 1.5 GHz) dar, die Y-Achse den Empfangspegel in dBm.
Der Abstand zwischen den beiden Kurven, genauergesagt die Höhe der gelben Kurve über der rosanen, entspricht der Verstärkung. Die kleineren Wellen entstehen durch Fehlanpasungen irgendwo . wahrscheinlich hauptsächlich an den Übergängen der Kabel auf die Adapter - er Frequenzunterschied zwischen zwei Peaks erlaubt auch die Abstandsbestimmung der Störstellen die ihn verursachen...


[[Datei:Versuchsaufbau Schaffen1105.jpg|480px]]
[[Datei:Gainblock.png|480px]]




== Messergebnisse ==
=== Anpassungsmessung ===
[tbd]
== Finanzierung ==
== Finanzierung ==
Dieser Verstärker ist vorerst ein 1-Euro-Projekt. Die MMICs bekamen wir gespendet, die SMA-Buchsen waren aus eigenem Bestand und die restlichen Bauteile für 1 Euro in die Kaffekasse meines Arbeitgebers und die ersten 4 Boards wurden als "Nutzenfüller" mitproduziert.  
Dieser Verstärker ist vorerst ein 1-Euro-Projekt. Die MMICs bekamen wir gespendet, die SMA-Buchsen waren aus eigenem Bestand und die restlichen Bauteile für 1 Euro in die Kaffekasse meines Arbeitgebers und die ersten 4 Boards wurden als "Nutzenfüller" mitproduziert.  
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=== Benötigte Teile ===
=== Benötigte Teile ===
* Leiterplatte
* MSA-1105
* Bias-Widerstand z.B. 200 Ohm Größe 0805
* Abblockkondensator Betriebsspannung 100nF Größe 0805
* Speisedrossel Größe 0805
* Abblockkondensatoren Eingang
* Abblockkondensatoren Ausgang


= Projekttagebuch =
= Projekttagebuch =
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! data-sort-type="date" | Date!!Name!!Was
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|2. August||Hendi||ErsteInbetriebnahme
|2. August||Hendi||Erste Inbetriebnahme
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|10. August||Hendi||Verbesserte Messungen mit besseren Messkabeln, Wikieintrag
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== Verbesserungsvorschläge Allgemein ==
== Verbesserungsvorschläge Allgemein ==
* Das Layout entstand schnell, der Footprint des Verstärkers entspricht nicht der Empfehlung sondern wurde durch Solderpads nachgebildet.
* Die Durchführung der breiten Microstripline zwischen den eng beieinanderstehenden Massepins der SMA-Stecker ist zumindest Zweifelhaft.
* Nächste Revision mit gescheiter Spannungsregelung und Idiotendiode!
* Statt zweier Kondensatoren nebeneinander, wodurch die Microstripline sehr breit wird, in Zukunft nur Pads für einen und dann mehrere Stapeln. Dadurch bleibt die Geometrie der Transmission line besser erhalten.
* Korrekte Pads für MMIC
* Durchführung der SMA-Buchsen verbessern


= Referenzen =
= Referenzen =
[https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Avago%20PDFs/MSA-1105.pdf Datenblatt MSA-1105]
[https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Avago%20PDFs/MSA-1105.pdf Datenblatt MSA-1105]
EAGLE Projektdateien: Kommen noch!
Dg3hda
mitglieder, vorstand
1.688

Bearbeitungen

Abgerufen von „https://wiki.schaffenburg.org/Spezial:Mobiler_Unterschied/4420“