BEST-2: FRONT END e RICEVITORI
Federico Perini - Medichat 13 Novembre 2007
BEST-2 Architettura generale
BEST-x
GENERAL ARCHITECTURE
Medichat 13 Novembre 2007
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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?
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
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
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FRONT END: primi studi e prototipi (2002)
LNA @ 408MHz
IRL
10dB
Gain
20dB
NF / Tn 0.42dB / 29K
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P1dB
+15dBm
OIP3
+24dBm
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Prime prove su antenna N/S (2002)
Sec. stage
First stage
60->50Ohm
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)
S21
42
S11
41
0
DB(|S(1,1)|)
FE_8V_01
40
-2
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
39
-4
38
37
DB(|S(2,1)|)
FE_8V_01
DB(|S(2,1)|)
FE_8V_03
36
400
404
-6
DB(|S(2,1)|)
FE_8V_04
-8
408
Frequency (MHz)
DB(|S(2,1)|)
FE_8V_05
412
DB(|S(2,1)|)
FE_8V_06
416
-10
400
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404
408
Frequency (MHz)
412
416
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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)
S21
S11
42
0
41
DB(|S(1,1)|)
FE_8V_01
-2
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
40
-4
39
-6
38
-8
37
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
36
-10
400
404
408
Frequency (MHz)
412
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416
400
404
408
Frequency (MHz)
412
416
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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
Modello della transizione tra connettore e pista di segnale
Simulazioni
elettromagnetiche
Misura e de-embedding di S-param di comp. critici
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Intermodulazioni FM-TV?
• Int_FM-TV =-122dBm
• Termico tutta banda KTB =-107dBm
• Polyphase 1024ch KTB =-137dBm
 reiettare FM almeno di altri 15dB!!
• Polyphase 16Kch, KTB =-149dBm,
 reiettare FM almeno di altri 30dB!!!
input
BW
CH
CH
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Dentro al Front End
RFin
RFout
NF=0.45dB Tn=32K Gain=60dB [email protected] OIP3>+33dBm
Input RL>15dB Output RL>15dB Power [email protected]=245mA
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Caratterizzazione FE
65
0
64
-10
63
62
-20
|S11| [dB]
|S21| [dB]
61
60
-30
59
-40
58
57
-50
56
55
-60
396
396
400
400
FE#10
FE#10
FE#21
FE#21
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404
404
FE#22
FE#22
FE#23
FE#23
408
408
Frequency [MHz]
[MHz]
Frequency
FE#24
FE#24
FE#25
FE#25
412
412
FE#26
FE#26
FE#27
FE#27
416
416
FE#28
FE#28
FE#29
FE#29
420
420
FE#30
FE#30
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Caratterizzazione FE: scelta dei 32 per BEST-2
|S11| dB @ 408MHz
|S21|
0
61,5
-5
61
-10
-15
60,5
-20
Resa PCB =32 su 37
-25
60
00
55
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10
10
15
15
20
20
25
25
30
35
40
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Circuito di protezione sovratensioni
CABINA
ALIMENTATORE CC
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LNA
TX-O
20
Circuito 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€
TX
RX
4. RX=195€
=1310nm NF=36dB Gain=-25dB BW=(0.1-1)GHz IIP3>+33dBm
Input RL>15dB Output RL>20dB Power Supply=(12-15)[email protected]
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Studio ingombro meccanico e disposizione
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Assemblaggio scatole a terra
3 stages FE
Discharges
protection
circuit
Opt. TX
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“Test elettrico” scatole assemblate: effetto
dispersione S21 dei link ottici
380
-5
37
|S11| [dB]
|S21|
-10
36
-15
-20
35
-25
34
-30
-35
33
396
396
400
400
404
404
408
408
412
416
420
Frequency [MHz]
[MHz]
Frequency
1N-1-1
1N-1-1
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1N-1-2
1N-1-2
1N-1-3
1N-1-3
1N-1-4
1N-1-4
1N-2-1
1N-2-1
1N-2-2
1N-2-2
1N-2-3
1N-2-3
1N-2-4
1N-2-4
25
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
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Dentro ai ricevitori IF
To
A/D
Signal paths:
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RF, IF, OL and digital control&monitor.
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Studio assemblaggio meccanico Carrier-RXO
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30
Studio assemblaggio meccanico Cassetto
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31
Un cassetto completo = 2 cilindri N/S
485 bus
19”
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To LAN
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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
-15.12 -15.6
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-19.3
-19.9
16+0.5
33
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
56pF
2.2nF
• 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
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Nuovi Front-End e ricevitori del sistema Best