viernes, 16 de octubre de 2009

Gigamuestras por segundo (I)

En el grupo "radiodsp" debo agradecer a Josep y a Jose sus esfuerzos por desarrollar un "front-end" de radio, cada uno de ellos con características distintas. El primero, un front end de frecuencias HF, con conversión A/D en las primeras etapas. El segundo, para frecuencias en el rango de cientos de MHz, empleando un QDC modificado sobre el diseño original del SDR1000.

Ya he defendido en diversas ocasionas el concepto SDR como una radio digital "desde el origen", es decir, desde la antena a bits con el menor proceso previo posible.

Los receptores SDR actuales que emplean este principio usan convertidores A/D podebajo de los 100 MHz y con resoluciones de 14 o 16 bits. Dado que la frecuencia de muestreo debe al menos el doble del ancho de banda de la señal, si se quiere concebir un receptor de este tipo para un uso en frecuencias desde "0" MHz hasta "F" MHz, el convertidor A/D debe tener una velocidad de conversión de al menos "2*F" MHz (En la práctica siempre algo más).

Un receptor digital para, pongamos como ejemplo, 432MHz precisará una frecuencia de muestreo próxima al GHz. Pero... ¿Existen convertidores A/D a estas frecuencias?. Bueno, yo suelo emplear un osciloscopio en el que pone: "1Gs" (1000 millones de muestras por segundo). Y es de gama baja.

La tecnología A/D es más compleja que la DAC, así que comenzaré por puscar convertores A/D. He buscado un poco y he encontrado algo: En Texas Instruments el ADS54RF63 de 550MSPS/12 bits. En Analog Devices el AD12401 de 400 MSPS/12 bits. En Linear Technologies el LTC2242-12 de 250 MSPS/12 bit . En National, el ADC083000 de 3 GSPS y 8 bits. En Maxim el MAX108 de 1,5 GSPS y 8 bits. En...

Desde luego los componentes existen, pero algo parece claro: A medida que se aumenta la velocidad disminuye la resolución. La elección adecuada se basa en una solución de compromiso sobre la que ya se trató en una entrada anterior. 8 bits pueden ser suficientes para presentar una señal en un osciloscopio, pero inadecuados para procesar señales con elevado rango dinámico o con nrelaciones señal/ruido débiles.

¿Es entonces la conversión en frecuencia la única forma de tratar SDR con frecuencias elevadas? (al menos mientras mejora la tecnología). ¿A partir de qué frecuencia permite la tecnología actual efectuar una conversión directa?. Creo que todavía me queda algún truco en la chistera. Aunque parezca difícil de ver ahora hay formas de resolver este problema. Pero lo dejaré en suspense por ahora.

Debo decir que todo esto está muy bien soportado en la teoría. En la práctica no resulta tan sencillo de implementar. Como un coche que corra mucho no es sólo cuestión de más vueltas por unidad de tiempo en las rudas. Pero conocer la teoría es un primer paso.

miércoles, 14 de octubre de 2009

SDR... de consumo

Una buena parte de las tecnologías SDR se emplean cada vez más en dispositivos de consumo tales como teléfonos móviles, receptores de TV digital y radio digital.

Pero no resulñta muy común encontrarlas en un receptor AM/FM de bajo costo. Sin embargo, existen. Silicon Labs ofrece diversos componentes de radiofrecuencia entre los cuales algunos emplean técncias SDR.

Un ejemplo ello son los componentes Si4702 y Si4703. Ambos incluyen un mezclador I/Q seguido de un convertidor A/D de dos canales y de un DSP. El mezclador es analógico pero todo el resto del proceso es digital.

El DSP efectúa de forma digital la demodulación FM, la separación de la información de los dos canales estéreo y en el Si4703 la demodulación de la información RDS. Este tipo de circuitos forman parte de algunos dispositivos con receptor de radio FM como accesiorio (MP3, teléfonos móviles...)

La idea es aplicable a otras bandas y modos de modulación y Silicon Labs dispone de circuitos que cubren bandas de onda corta, onda media, onda larga y wheather y modulaciones AM.

Desgraciadamente, el DSP interno no es programable por el usuario final, así que los demoduladores SSB tendrán que esperar. Aunque la información no es muy completa y detallada aquí y aquí se puede uno hacer una idea de la funcionalidad de estos componentes. Un paseo por la página de Silicon Labs es una fuente de abundante información. ¿Será entre este extremo y las soluciones actuales multicomponente donde surgirá la solución "definitiva" sobre SDR?

martes, 6 de octubre de 2009

DDC ¿Lo hago o lo compro hecho?

Tras la decisión de hacer un convertidor de señal SDR basado en tecnología DDC (Digital Down Conversion) lo más habitual será buscar las diferentes soluciones existentes antes de decantarse por una.

Un vistazo a los equipos del mercado y podremos dividir las soluciones en dos tipos: Las que emplean un convertidor prediseñado y las que implementan el convertidor en un circuito programable.

Es más que probable que esa misma pregunta se la planteara Josep (EA3FUZ) cuando decidió lanzarse a esta aventura.

Cuando hace unos días tuve ocasión de charlar animadamente con él de este tema, vi que su decisión establa clara. Se había decantado por un dispositivo integrado: El AFEDRI8201 de Texas Instruments. La ventaja más evidente respecto a una solución FPGA es que no es necesario hacer un programa VHDL para el convertidor.

A los comentarios sobre la existencia de otros dispositivos similares en otros fabricantes me hizo ver que este es el único que contiene el convertidor A/D integrado. De nuevo una ventaja: El circuito final será más sencillo de elaborar.

Para un aficionado, si lo que se desea es experimentar rápidamente, la elección es la más acertada. Se puede disponer de un prototipo rápido y fiable sin necesidad de tener en cuenta factores en el diseño tales como el rutado adecuado de buses de alta velocidad o la mezcla de señales de diferentes niveles y/o tecnologías.

Por otra parte el diseño de una FPGA aunque más complejo, nos daría otras ventajas: La adquisición de conocimiento VHDL, y la disponibilidad de un elemento "a medida" con el que podremos hacer otras funciones de interés, como implementar un convertidor de múltiples canales o funciones auxiliares como una FFT en la propia FPGA.
Pero por ahora creo que vamos por el camino correcto: disponer de un dispositivo que nos entregue muestras I/Q para demodularlas y escucharlas -o verlas- gracias al resto de proceso en el OMAP-L137.

¡Ah! Y gracias a Texas Instruments por las muestras del AFEDRI8201 que nos permiten dar un paso más en el desarrollo de la SDR.