BEST-2: FRONT END e RICEVITORI Federico Perini - Medichat 13 Novembre 2007 BEST-2 Architettura generale BEST-x GENERAL ARCHITECTURE Medichat 13 Novembre 2007 2 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 Medichat 13 Novembre 2007 3 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 Medichat 13 Novembre 2007 4 FRONT END: primi studi e prototipi (2002) LNA @ 408MHz IRL 10dB Gain 20dB NF / Tn 0.42dB / 29K Medichat 13 Novembre 2007 P1dB +15dBm OIP3 +24dBm 5 Prime prove su antenna N/S (2002) Sec. stage First stage 60->50Ohm Vcc (7812) Medichat 13 Novembre 2007 6 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 Medichat 13 Novembre 2007 7 FRONT END (2003) Specifiche iniziali BEST: • Discesa in coax • ADC in cabina • BW=3.5MHz (Pieracci Board) Medichat 13 Novembre 2007 8 BEST-1 “Coax” (2003) Antenna sezionata Peggiore reiezione FM (-20dB) Filtro interstadio Filtraggio 1.2GHz (+15dB) Prodotti spuri @ 408MHz Medichat 13 Novembre 2007 9 Front End (2004) Penuria fondi Stesso PCB Migliore reiezione FM (G_LNA=-40/-30dB) Filtraggio 1.2GHz (G_LNA=-5dB) No prodotti spuri @ 408MHz Medichat 13 Novembre 2007 10 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 Medichat 13 Novembre 2007 404 408 Frequency (MHz) 412 416 11 FE BEST-1 “Fibra Ottica” (2004) Specifiche finali BEST: • Discesa in FO • ADC in stanza RX • BW=16MHz Medichat 13 Novembre 2007 12 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 Medichat 13 Novembre 2007 416 400 404 408 Frequency (MHz) 412 416 13 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) Medichat 13 Novembre 2007 14 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 Medichat 13 Novembre 2007 15 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 Medichat 13 Novembre 2007 16 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 Medichat 13 Novembre 2007 17 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 Medichat 13 Novembre 2007 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 18 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 Medichat 13 Novembre 2007 10 10 15 15 20 20 25 25 30 35 40 19 Circuito di protezione sovratensioni CABINA ALIMENTATORE CC Medichat 13 Novembre 2007 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). Medichat 13 Novembre 2007 21 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)Volt@75mA Medichat 13 Novembre 2007 22 Studio ingombro meccanico e disposizione Medichat 13 Novembre 2007 23 Assemblaggio scatole a terra 3 stages FE Discharges protection circuit Opt. TX Medichat 13 Novembre 2007 24 “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 Medichat 13 Novembre 2007 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) Medichat 13 Novembre 2007 26 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 Medichat 13 Novembre 2007 27 Dal link ottico ai ricevitori Light Medichat 13 Novembre 2007 28 Dentro ai ricevitori IF To A/D Signal paths: Medichat 13 Novembre 2007 RF, IF, OL and digital control&monitor. 29 Studio assemblaggio meccanico Carrier-RXO Medichat 13 Novembre 2007 30 Studio assemblaggio meccanico Cassetto Medichat 13 Novembre 2007 31 Un cassetto completo = 2 cilindri N/S 485 bus 19” Medichat 13 Novembre 2007 To LAN 32 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 Medichat 13 Novembre 2007 -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 Medichat 13 Novembre 2007 34 Controllo carrier via Labview • Controllo singoli bit degli Att.Dig. • Controlli indipendenti Power degli stadi amplificatori • Programmazione singole schede o modalità broadcasting (max 8) Medichat 13 Novembre 2007 35 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) Medichat 13 Novembre 2007 36 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 ) Medichat 13 Novembre 2007 37 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 Medichat 13 Novembre 2007 38