从KiwiSDR的设计看接收机的放大增益分配的疑问

bd7ce · 发表于 2020-10-16 10:51:06

本帖最后由 bd7ce 于 2020-10-16 10:52 编辑

为了把微弱至0.1uV的射频信号放大到可听的1V以上音频信号，需要放大140db左右。传统的超外差接收机中，通过多级高放、中放、低放可以达到这一点。 AD9361这样的RF变频SDR，也有72db的前置可调增益射频放大器。但在KiwiSDR这样的直采SDR中，前置高放只有20db。疑问就来了：
即使ADC可以采集微弱信号，但KiwiSDR是14位的，按1V参考电压计算，最小分辨率是 1/16384=61uV。加上前置20db，能到6.1uV。

因为是1-30MHz宽带直采信号，很多频段有强信号，为了动态范围，高放增益确实不能太大，那么KiwiSDR的灵敏度是如何保证的？如果不考虑动态范围的问题，给它的前端加一个窄带滤波器，使7.0-7.1MHz频段出来的信号只有1uV，ADC如何能够分辨？

初级小白想学点射频、信号处理知识，请大家讨论、解惑。

haisens · 发表于 2020-10-16 12:50:09

理论计算的非常正确, 6.1uV=-91dBm,这个指标是非常优秀的SDR接收机的表现.

但这个是从RF接口直接输入时候的灵敏度.

而实际上的接收灵敏度需要算上天线增益,比如使用30dBi的天线,接收灵敏度理论达到-121dBm (0.2uV)

bd7ce · 发表于 2020-10-16 13:28:54

和天线没什么关系吧，何况要达到30dbi起码得搞个八木天线阵，短波天线是搞不了的。我说的灵敏度是最小可探测信号（MDS），用信号发生器直接输出0.1uV信号看接收机是否有反映。。。现在好一点的机器可达-140dbm，一般的也有-120dbm。

haisens · 发表于 2020-10-16 16:11:51

灵敏度理论公式为：-174+NF+10lgB+10lgSNR （NF噪声系数(1)、B信号带宽(30MHz)、SNR解调信噪比(8db)）
=-173.9+1+74.8+8=-90.1dBm
也就是说对于30MHz带宽的理论接收灵敏度为-90.1dBm,接收机能做到这个程度就足够了.

给它的前端加一个窄带滤波器，使7.0-7.1MHz频段出来的信号只有1uV，ADC如何能够分辨？带宽100K
理论灵敏度大约为
-173.9+1+50+8=-114.9dBm

1uV=-107dBm,所以只需要再滤波器后增加一级25db的低噪声放大器即可.

你来说说那款机器在30MHz带宽下灵敏度做到了-120dBm?

bd7ce · 发表于 2020-10-17 13:19:58

0-30MHz指的是他的接收范围（整个LF/MW/HF频段），并不是信号带宽。实际接收的信号是相应频点的AM/CW/SSB信号，带宽几十HZ到9KHz不等~~

iffi123 · 发表于 2021-1-7 20:04:39

kiwiSDR外接什么天线，无源？有源？

longshort · 发表于 2021-1-8 07:33:10

给它的前端加一个窄带滤波器，使7.0-7.1MHz频段出来的信号只有1uV，ADC如何能够分辨？

注意到这句话。
假如1uV指的是场强即1uV/m，那么与输入窄带滤波器的输出有这么一个关系：输出谐振电压值约等于（6~9）倍的输入场强单位值。
换句话说，通过一个阻抗和品质因素适当的窄带滤波器，可以在无源状态下升高信号电压。如果ADC的输入电阻大于10K欧，那么7MHz频段下是可以满足输入信号的振幅要求的。
灵敏度通常还与整机的输出信号强度有关。一般认为在额定输出功率的1/10时，所接收的信号强度即为灵敏度指标。但此时1/100的额定输出功率信号应该也是清晰可闻的，所以量化间隔的6.1uV只是一个指标点，SDR内部会以软件方式扩展具有可重复特征的连续波信号幅度。

Carnot · 发表于 2021-1-8 13:46:31

确实有矛盾，RSP1A的LNA是90dB左右的，我在网上没找到KiwiSDR的原理流程图，你有吗？传上来一起分析下。

iffi123 · 发表于 2021-1-8 14:18:27

如果使用短天线, 10倍放大量确实不够, 天线输入经过30M低通后就送到集成放大器LTC6401-20

设计者在说明文档里曾提到,原本想用高频变压器做单-双转换,出于安装高度考虑省掉了(同时高频变压器在10kHz下限衰减过大), 前端也没使用衰减器(为了AGC吧)也是为了简化,最后还提到有源天线+14bit ADC能提供足够的动态范围.

所以感觉起来,这个设计是为了外接有源天线考虑的

bd7ce · 发表于 2021-1-10 20:48:24

Carnot 发表于 2021-1-8 13:46
确实有矛盾，RSP1A的LNA是90dB左右的，我在网上没找到KiwiSDR的原理流程图，你有吗？传上来一起分析下。

原理图在kiwisdr.com可以下载，我没法上传文件和链接。。。

验证灵敏度时没接天线，就是用信号发生器输出到衰减器（阻抗50欧），得到大概1.5uVpp左右的信号，发现Kiwi能够
正确解调。信号发生器是Redpitaya，输出阻抗50欧，最小输出0.001Vpp，衰减器是自制的T型电阻，约660倍。

当然信号精度可能不够，但应该是远低于ADC最小分辨率了，没有更高端的仪器定量测量，搞不懂啊搞不懂。

Carnot · 发表于 2021-1-11 16:48:03

bd7ce 发表于 2021-1-10 20:48
原理图在kiwisdr.com可以下载，我没法上传文件和链接。。。

验证灵敏度时没接天线，就是用信号发生器 ...

你用1.5uV的信号测试之后我是彻底懵逼了。。。
原理图我下载到了，确实是20dbLNA后直接进ADC，计算上也重新验算了，是6uV，按照这个思路，KIWI在1.5UV信号下采样杨应该都是0 啊。。。。。
LTC2248我还去看了datasheet,参考电压也不可能再低了。。。
好了，我现在和你一样困惑了。

Carnot · 发表于 2021-1-11 16:58:52

我又想了下，会不会是有信号从你的660倍衰减器耦合过去了，你试试把测试频率再降低，如果耦合的话，灵敏度应该会下降。

longshort · 发表于 2021-1-11 17:23:19

Carnot 发表于 2021-1-11 16:48
你用1.5uV的信号测试之后我是彻底懵逼了。。。
原理图我下载到了，确实是20dbLNA后直接进ADC，计算上也 ...

datasheet中，参考电压似乎有两种范围可以选择。

Carnot · 发表于 2021-1-11 18:00:21

longshort 发表于 2021-1-11 17:23
datasheet中，参考电压似乎有两种范围可以选择。

我看了原理图了，选的就是±0.5V，这个是内部参考最小数值，KIWI的原理图上也没看出有外部参考来。

iffi123 · 发表于 2021-1-11 19:17:10

测量应该有问题，20dB远远不足以AD

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