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CARACTERIZACIÓN DEL DDS

El presente reporte tiene por objetivo medir las especificaciones de los DDS desarrollados en Jicamarca.

Para tal efecto, se analizaron sus etapas (tarjeta de evaluación del AD9854, mixers, splitters y amplificadores) y se encontró que fueron construídas bajo 2 topologías, las cuales tienen la misma modalidad de programación y niveles de señal, sin embargo presentan algunas diferencias en el camino que recorre la señal RF una vez que sale de la tarjeta de evaluación que resultan en un cambio de la calidad del equipo. Para más información del DDS ver el Manual de DDS (http://jro.igp.gob.pe/publications/tecnical_reports/2010/EI_2010.01.pdf)

A continuación se detallará brevemente cada una estas topologías descritas.

Topología 1 - DDS SOUSY

Esta topología ha sido usada para construir el DDS para el radar de SOUSY y necesita como entradas las líneas de TX, TR y Code. Además, tiene una lógica de control que permite que la señal RF sea pulsada desde su primera etapa, lo que resulta en un mejor aislamiento que el DDS con topología 2. A continuación, se muestra un diagrama de bloques de este diseño.

http://jro-dev.igp.gob.pe/trac/ed_proj/hard_dev/export/69/hard_dev/projects/operaciones/DDS_top_1.png

Topología 2 - DDS JICAMARCA

Esta topolgía ha sido usada para construir el DDS para el radar de JICAMARCA. Este diseño no necesita de una etapa de control y solo necesita de 2 señales de entrada (TX y Code), sin embargo presenta un aislamiento más pobre que el anterior. A continuación, se muestra un diagrama de bloques que explica el flujo de la señal.

http://jro-dev.igp.gob.pe/trac/ed_proj/hard_dev/export/69/hard_dev/projects/operaciones/DDS_top_2.png

TESTS

EQUIPO CODIGO
DDS top1 DDS SOUSY
DDS top2 DDS JICAMARCA (OP_2)
Controlador de radar CR_OP_4
Generador de Funciones Agilent 33250A
Analizador de Espectros N9912A
Osciloscopio TDS2024B
Gen Ruido Estado Sólido JRO
Atenuador de Pasos 10 y 1 dB HP
PC i5

1. Aislamiento

1.1 Aislamiento Sout (con Tx & TR en ON) vs Sout (con Tx & TR en OFF)

Este parámetro es la comparación de la potencia de la señal a la salida del DDS (Sout) con las señales de control (TX y TR) en ON vs las señales de control en OFF.

La potencia fue medida usando el Analizador de espectros N9912A con la siguiente configuración:

Freq Central (MHz) 49.92/53.5
Spam (MHz) 20
Average 10 integraciones

Los resultados fueron los siguientes

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Freq trabajo (MHz) 53.5 49.92
Sout | Tx & TR ON (dBm) 23.41 19.7
Sout | Tx & TR OFF (dBm) -77 (Noise floor) -54.9
Aislamiento ON/OFF (dB) 100.41 74.6

1.2 Aislamiento Sin vs Sout (con Tx & TR en OFF)

Este parámetro es la comparación de la potencia de la señal a la salida de la tarjeta de evaluación (Sin) vs la salida del DDS con la señales de control (TX y TR) en OFF.

La potencia fue medida usando el Analizador de Espectros N9912A con la siguiente configuración:

Freq Central (MHz) 49.92/53.5
Spam (MHz) 20
Average 10 integraciones

Los resultados fueron los siguientes

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Freq trabajo (MHz) 53.5 49.92
Sin (dBm) -7.5 -7.9
Sout | Tx & TR OFF (dBm) -77 (Noise floor) -54.9
Aislamiento OFF (dB) 69.5 47

2. Ganancia

Este parámetro es la comparación de la potencia de la señal a la salida del DDS con las señales de control (TX y TR) en ON vs la potencia de la señal a la salida de la tarjeta de evaluación.

La potencia fue medida usando el Analizador de espectros N9912A con la siguiente configuración:

Freq Central (MHz) 49.92/53.5
Spam (MHz) 20
Average 10 integraciones

Los resultados fueron los siguientes

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Freq trabajo (MHz) 53.5 49.92
Sout | Tx & TR ON (dBm) 23.41 19.7
Sin (dBm) -7.5 -7.9
Ganancia (dB) 31.31 27.6

3. Transitorios y Voltajes Pico Pico

Este parámetro es el tiempo que tarda la señal en responder al flanco de bajada del Controlador de Radar. Se ha divido este tiempo en tiempo de respuesta (Tr) y tiempo de estabilización (Te). Los tiempos fueron medidos usando un Osciloscpio de 200MHz.

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Vpp (v) 21.80 16.80
Tr (ns) 30.80 38.80
Te (ns) 25.60 23.20
Ttotal (ns) 56.40 62.00

DDS Sousy

Tiempo de respuesta (Tr)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_SOUSY_TR_TE/TOMA3_TR.JPG

Tiempo de respuesta (Tr) + Tiempo de estabilización (Te)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_SOUSY_TR_TE/TOMA3_TOTAL.JPG

Voltaje Pico Pico (VPP)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_SOUSY_TR_TE/VPP_3.JPG

DDS Jicamarca

Tiempo de respuesta (Tr)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_JICAMARCA_TR_TE/TOMA1_TR.JPG

Tiempo de respuesta (Tr) + Tiempo de estabilización (Te)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_JICAMARCA_TR_TE/TOMA1_TOTAL.JPG

Voltaje Pico Pico (VPP)

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/DDS_JICAMARCA_TR_TE/VPP_1.JPG

4. Comportamiento de la señal RF (con línea Code en estado "ON" y en estado "OFF")

DDS Sousy

Señal RF / Línea Code OFF

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/EFECTOS_DEL_CODE_EN_RF/DDS_SOUSY/TOMA1_SINCODE.JPG

Señal RF / Línea Code ON

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/EFECTOS_DEL_CODE_EN_RF/DDS_SOUSY/TOMA1_CODE.JPG

DDS Jicamarca

Señal RF / Línea Code OFF

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/EFECTOS_DEL_CODE_EN_RF/DDS_JICAMARCA/TOMA1_SINCODE.JPG

Señal RF / Línea Code ON

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/DDS/EFECTOS_DEL_CODE_EN_RF/DDS_JICAMARCA/TOMA1_CODE.JPG

5. Figura Ruido

En teoría, la Figura Ruido (NF) se define como la degradación del SNR cuando el ruido pasa a través del dispositivo. Si definimos el ruido de fondo (ruido térmico) del sistema como: N=B*BW*T, entonces la figura ruido será:

http://jro-dev.igp.gob.pe/trac/ed_proj/hard_dev/export/71/hard_dev/projects/operaciones/NF_equation_2.png

Donde: B= Constante de Boltzman, BW = Ancho de banda, T= Temperatura del sistema, Na = Ruido de entrada.

Sin embargo, la figura ruido también puede ser medida de manera experimental, ya que también se define como la potencia que necesita el equipo para generar una potencia igual a la de su ruido térmico. Para los DDS se consideraron todas las etapas a partir de la salida analógica de la tarjeta de evaluación.

http://jro-dev.igp.gob.pe/svn/jro_hard/hard_dev/projects/operaciones/NF_DDS_diagram_2%20-%20Copy.png

El atenuador variable a 48dB representa un ruido de 0mA a la entrada y -81dB a la salida, por lo que será nuestra referencia. El paso siguiente será encontrar una atenuación que nos permita subir el ruido de fondo hasta -84dB (3dB más que el fondo)

La Figura Ruido fue medida usando el generador de Ruido de estado Sólido (entrada) y el Analizador de espectros N9912A (salida).

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Piso de Ruido (dB) -81.5 -81.4
Atenuación equivalente a 0mA (dB) 48 48
Atenuación para generar 3dB más que ruido térmico 37 33
Figura Ruido (dB) 11 15

6. Temperatura del DDS

Para hallar la temperatura, modelamos el ruido de entrada como:

Na = B*BW*Tdds

Ya que la Figuras Ruido obtenidas tienen un valor bastante alto (11 y 15 dB) podemos simplificar la ecuación de la figura ruido como:

http://jro-dev.igp.gob.pe/trac/ed_proj/hard_dev/export/72/hard_dev/projects/operaciones/NF_equation_simp.png

Y luego podemos reducir la expresión a:

http://jro-dev.igp.gob.pe/trac/ed_proj/hard_dev/export/71/hard_dev/projects/operaciones/NF_equation.png

Con lo cual obtenemos:

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Temperatura del Sistema (K) 3777 9487

7. Resumen

DDS SOUSY DDS JICAMARCA
Aislamiento de salida con respecto a las señales de control encendidas vs apagadas (dB) 100.41 74.60
Aislamiento de salida con señales de control apagadas (dB) 69.50 47.00
Ganancia (dB) 31.31 27.60
Vpp (V) 21.80 16.80
Tiempo de respuesta (ns) 30.80 38.80
Tiempo de estabilización (ns) 25.60 23.20
Piso de ruido (dB) -81.50 -81.40
Figura de ruido (dB) 11 15