[CDYE] DDS

[brabus]

Ehi ragazzi,

Vi seguo purtroppo silenziosamente, sono stato molto impegnato col lavoro. Datemi il tempo di aggiornarmi sulle ultime evoluzioni.

tazzo, vai davvero come un fulmine!

[tazzo]

Proposta filtro LC del 9° ordine di Butterworth progettato tramite http://www.wa4dsy.net/cgi-bin/lc_filter?FilterResponse=Lowpass&poles=9&cutoff=30&funits=MHz&Z=400

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

I valori sono per forza di cose da approssimare con quelli dei componenti commerciali, l'impedenza del filtro è 400 ohm in quanto il filtro andrà in parallelo a due resistenze di carico da 400 ohm che formeranno l'impedenza di 200 ohm che necessita l'uscita del DDS

[DarwinNE]

Mi pare molto interessante, ma anche piuttosto sensibile allo stampato ed alla realizzazione.
I condensatori da 4,61 pF sono piccoli piccoli ed aggiungere un 2 o 3 pF con capacità parassite si fa in un niente.
Non è forse meglio adottare un filtro di ordine più basso, ma un tantinello meno critico?
Oppure, è possibile cambiare le impedenze di carico e di generatore (non capisco, quando dici 400 ohm, intendi che entrambe sono identiche?) per abbassarle un po'?
Un'altra possibilità è quella di stimare le capacità dello stampato e dei componenti, e tenerne conto nella scelta dei valori dei condensatori.
Oppure ancora fare i condensatori piccoli utilizzando zone ramate sullo stampato. Se usi una piastra in FR4 da 0,8 mm di spessore, non dovrebbe esserci bisogno di grandissime superfici per ottenere 4,6 pF.

[tazzo]

Il link alla pagina iniziale in caso di problemi col precedente: http://www.wa4dsy.net/filter/filterdesign.html

Non è forse meglio adottare un filtro di ordine più basso, ma un tantinello meno critico?

Mantenendo il nono ordine il sito propone una variante ottimizzata per carichi di bassa impedenza coi seguenti valori:
L1 0.7370 uH
L2 3.25 uH
L3 4.24 uH
L4 3.25 uH
L5 0.7370 uH
C1 13.26 pF
C2 24.93 pF
C3 24.93 pF
C4 13.26 pF

che sembrerebbero leggermente meno critici. Cosa ne pensi?

Da quanto mi sembra Eagle non permette simulazioni avanzate dal punto di vista di impedenze, capacità parassite, etc.. KiCad offre qualche funzionalità in più che può tornare utile per progettare il PCB?

è possibile cambiare le impedenze di carico e di generatore (non capisco, quando dici 400 ohm, intendi che entrambe sono identiche?) per abbassarle un po'?

Il DAC del DDS genera un uscita in corrente che va convertita nella corretta tensione tramite un'impedenza di 200 ohm che quindi il chip deve vedere alla sua uscita. Due resistenze in parallelo da 400 ohm fornirebbero questa impedenza, e tra le due resistenze il filtro.

Se usi una piastra in FR4 da 0,8 mm di spessore, non dovrebbe esserci bisogno di grandissime superfici per ottenere 4,6 pF.

Preferirei evitare componenti on-pcb e dipendenze forti dal materiale utilizzato per lasciare aperta la possibilità di realizzare in casa il PCB che magari potrebbe avere caratteristiche diverse.

[brabus]

tazzo, solo una domanda: come mai proprio un filtro del nono ordine? Come mai non settimo o undicesimo?

[tazzo]

@DarwinNE: Visto che il DDS dispone di due uscite differenziali (cos e sin) che vantaggi potrebbe portare un filtro LC differenziale? Può valere la pena cercare soluzioni anche in questa direzione?

@brabus: E' il filtro di ordine più alto supportato dall'applicazione web, in sostanza maggiore è l'ordine del filtro migliore sarà il filtraggio, lo svantaggio però è il maggiore numero di componenti, perdita causata da ESR, etc..

Senza dilungarmi come si suol dire un 'immagine vale più di mille parole:

fil57.gif (17.3 KiB) Osservato 11453 volte

L'ordine del filtro minimo sarebbe da scegliere con cognizione di causa in base al risultato che si vuole ottenere, avevo semplicemente scelto quello con l'ordine più alto (e ancora con un numero di componenti fattibile) per un migliore filtraggio.

[brabus]

Capito. Tieni conto di una cosa: salire tanto con l'ordine non porta automaticamente a risultati migliori.
Questo perché al salire della frequenza iniziano a comparire zeri che "risollevano" la risposta in frequenza, e ciò accade molto prima di quanto si possa pensare: con classici componenti SMD 0603, già a qualche decina di MHz iniziamo a perdere i benefici del nono ordine.

Aggiungici il fatto che ottieni una rotazione di fase prima in ritardo, e poi in anticipo... naaah, qui affianco il punto di vista di DarwinNE: meglio un filtro di ordine più basso, ma meno critico.

Sono del tuo stesso parere riguardo alla realizzazione a componenti discreti: meglio evitare di essere troppo vincolati alle caratteristiche del PCB. Oltretutto, stiamo lavorando con frequenze decisamente troppo basse per avere effetti apprezzabili su un FR4 ordinario.

Con un filtro del quinto ordine ce la dovremmo fare tranquillamente. Mi piacerebbe avere il parere di IsidoroKZ, DirtyDeeds, carloc, PietroBaima, BrunoValente, etc...

Concordo sulla selezione di un criterio adeguato per il disegno del filtro. In mancanza d'altro, applico il metodo Confucio: osserviamo quanto si fa in giro e ci adattiamo allo stesso risultato.

[edgar]

In mancanza d'altro, applico il metodo Confucio: osserviamo quanto si fa in giro e ci adattiamo allo stesso risultato.

Una delle evaluation board dell'AD9850 (che ha un range di frequenza un po' maggiore dell'AD 9834) usa un passa basso a 42 MHz con un filtro ellittico. Se lo usa Analog potrebbe essere una strada da indagare

[tazzo]

Ho fatto qualche simulazione col software gratuito TINA.
Ecco un diagramma della funzione di trasferimento del filtro del nono ordine (coi primi valori proposti per i componenti):

bode.png (35.42 KiB) Osservato 11420 volte

In verde il grafico coi valori nominali, in rosso tutti i componenti con un valore pari a -20% il nominale ed in giallo +20% il valore nominale.

Come avevate previsto verso la frequenza di taglio si hanno picchi di ampiezza elevati e si ha una fase tutt'altro che lineare lungo tutto lo spettro delle frequenze.

C'è però da dire che l'analisi fatta in primo luogo non è del tutto corretta in quanto riferita ad un circuito senza le corrette impedenze (resistenze verso massa da 400 ohm all'ingresso e all'uscita).

Ripetendo l'analisi con le resistenze si giunge al seguente risultato:

bode impedance.png (28.06 KiB) Osservato 11420 volte

Dove si notano delle non linearità nel guadagno di ampiezza verso il ginocchio del grafico ma di entità decisamente minore rispetto alla situazione precedente. La fase è inoltre molto più lineare.

Riportando la fase in nanosecondi su grafico lineare è possibile notare come l'elevato ritardo sia oltre i 30 MHz mentre nell'intervallo di interesse sia sui 30ns con un piccolo picco a 40ns a circa 22MHz.

time delay.png (7.44 KiB) Osservato 11420 volte

Tenendosi un pochino più larghi con la frequenza di taglio è possibile ottenere nella banda di interesse risultati migliori.

[brabus]

Complimenti per la pazienza nell'eseguire le simulazioni!

Tenendosi un pochino più larghi con la frequenza di taglio è possibile ottenere nella banda di interesse risultati migliori.

Eh lo so anch'io che in Mercedes si sta più comodi che in una 500...
...ma allargando la banda andiamo ad aumentare il contenuto armonico del segnale d'uscita.

Noto che l'AD9834 non integra la compensazione senx/x. A questo punto perché non lasciamo stare il butterworth e torniamo a un bel filtro ellittico, con l'aiuto di DarwinNE?

Per ottenere le massime prestazioni possiamo anche accettare un po' di ripple in banda; viepppiù: agendo sul controllo d'ampiezza (la butto lì, magari con un bel current sink SPI da 16 bit al segnale FS ADJUST) possiamo mappare il giusto guadagno in funzione della frequenza, in modo da compensare sia il ripple in banda che l'errore di guadagno senx/x, ottenendo così una risposta piatta.