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FORUM: Elettronica Generale
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mixer analogico: come fa a moltiplicare due segnali?
     
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postato il:
13.03.2019, alle ore 19:35
mixer analogico: come fa a moltiplicare due segnali? 

Nei commenti ad un recente articolo si e' aperta una interessante discussione sui mixer. Riporto alcuni commenti (per correttezza senza il nome l'autore), poi chi vuole puo' intervenire e se ho quotato male, me ne scuso in anticipo.
autore1:
[CUT]in uscita al mixer trovi solo i prodotti somma e differenza, la frequenza dell'oscillatore locale e dell'antenna spariscono.[...] la trigonometria: https://it.wikipedia.org/wiki/Formule_di_prostaferesi

autore2:
[CUT] c'è sempre del leakage dovuto a vari fattori che permette sia al segnale di ingresso che all'oscillatore locale di ripresentarsi sulla porta di uscita di qualsiasi mixer .. Attenuate certamente (anchedi 30 dB o più) in dipendenza di vari fattori ma comunque un po' passano. [...] La trigonometria [..] funziona alla perfezione nel caso di moltiplicazione perfetta di un mixer ideale, quando pigli un mixer reale purtroppo hai effetti secondari vedi LO feed-through e RF leakage alla porta IF. Basta prendere un datasheet di un mixer serio o guardare su internet, ad esempio leggendo la sezione Isolation di un doc della Minicircuits:
https://www.minicircuits.com/pages/pdfs/an00009.pdf

Ricapitolando: nel mondo ideale non ci sono LO e RF all'uscita del mixer, nel mondo reale si ovviamente .. l'isolamento non è infinito e ti trovi alcune componenti in uscita che provengono dall'ingresso RF e dalla porta LO.

double_wrap:
[CUT] Un mixer e' un oggetto che sfrutta una non linearita' per ricavare un prodotto da una somma. Facendo passare contemporaneamente due segnali (e quindi la loro somma) attraverso un circuito non lineare con funzione di trasferimento ad esempio quadratica
i= a0+a1V+ a2V^2
con semplici calcoli si ottengono parecchie componenti

fra cui ANCHE due con frequenze somma e sottrazione di quelle iniziali.
Un mixer reale deve quindi essere costruito per minimizzare le componenti non desiderate (le frequenze iniziali ed anche le loro seconde armoniche), e' quello che fa un mixer bilanciato o meglio a doppio bilanciamento (cella di gilbert) come quello del NE602.
Se poi l'attenuazione non basta serve anche filtrare le componenti non volute che rientrano nella banda interessata. Fra l'altro e' importante che la componente quadratica a2 sia tale da garantire la presenza di un adeguato segnale in uscita.
Quando poi la non linearita' usata e' del terzo o del quarto ordine le cose si fanno anche piu' interessanti.

In molti casi invece si vuole mantenere anche una frequenza in ingresso (ad esempio la portante) per realizzare la modulazione di ampiezza e quindi in uscita dal mixer ci sono 4 frequenze F1, F2, F1+F2, F1-F2
Qui ci sono altri spunti
http://jredoutey.free.fr/Radiocom/7-changement_de_frequence.…
https://areeweb.polito.it/didattica/corsiddc/ETLCEnTO/SitoET…

[quote) (autore1):Questa affermazione, e' FALSA.
Quella che citi e' una sola tecnica specifica e non definisce in alcun modo il termine mixer.
Tanto per fare un esempio banale in molti strumenti moderni il mixer e' digitale.
Ogni tecnica mostra debolezze diverse, il leakage puo' esserci oppure no.
Includerlo nella definizione e' un errore.
Un mixer e' un MOLTIPLICATORE di tensione. PUNTO!
[/quote]
double_wrap:
Esatto.

Ma COME viene ottenuta una moltiplicazione con un circuito analogico?
Oltre al metodo della non linearita' (il classico pentodo a pendenza variabile delle vecchie radio) c'e' ad esempio quello del sommatore logaritmico e ci sono svariati altri metodi che partendo da una somma generano anche una moltiplicazione.


La parola, che non deve essere una sfida ma un sano confronto, al forum!






"se peso cado, ma se cado non peso"
adamatj.altervista.org
caccamo2





postato il:
13.03.2019, alle ore 20:32
allora, partirei con una proposta di modifica, cosi' poi mi stacco dal contesto dell'articolo

questa e' l'affermazione che ho contestato ad alan
il mixer si occupa di miscelare la frequenza applicata in ingresso con quella dell'oscillatore locale. Come risultato si ottengono in uscita altre due frequenze, oltre alle due frequenze iniziali : segnale d'antenna e segnale d'oscillatore locale:

1. la frequenza dell'oscillatore sommata alla frequenza in ingresso;

2. la frequenza dell'oscillatore sottratta alla frequenza in ingresso.

La prima viene eliminata da un apposito filtro passa-basso mentre la seconda, rientrando nella gamma audio, viene inviata allo stadio amplificatore.

cosi' come andrebbe scritta
il mixer si occupa di miscelare la frequenza applicata in ingresso con quella dell'oscillatore locale. Come risultato si ottengono in uscita due frequenze:

1. la frequenza dell'oscillatore sommata alla frequenza in ingresso;

2. la frequenza dell'oscillatore sottratta alla frequenza in ingresso.

(opzionale)Tuttavia, a causa delle non idealita' del mixer nel mondo reale, in uscita e' possibile trovare dei residui delle frequenze originali in ingresso.

come vedete e' una modifica molto semplice, che comporta poco lavoro e mette al riparo da ogni possibile fraintendimento.
In realta' andrebbe fatto anche qualche cenno al concetto di up/downconversion, ma in questo caso possiamo lasciar perdere.

Rispondendo a te Double, mi sembra di non aver negato quello che dite, so benissimo di cosa parlate te e Blecp, ma e' una questione di concetto, ho gia' spiegato qual'e' il problema pero' hai dimenticato di riportare quel mio intervento
il leakege come hai spiegato, e' una effetto indesiderato, un difetto e una non idealita' dei mixer.
Quando si spiega il funzionamento di un mixer bisogna passare dalla teoria, scrivere che in uscita si devono cercare solo somma e differenza, e poi, solo dopo eventualmente si puo' parlare del leakege, del crosstalk a tutte le non idealita' che si vuole.
Altrimenti poi uno legge qui e pensa sia giusto che escano tutte le frequenze.

Blecp non ha ribattuto. Te si, ti sei perso quel passaggio o l'hai letto ma non sei d'accordo? Se non sai d'accordo, per quale motivo?

Per rispondere invece alla domanda oggetto del thread, come funziona un mixer? In mille modi diversi. Ma l'obbiettivo e' sempre uno, moltiplicare, se si porta dietro residuo di una somma, e' un difetto, non una caratteristica, quindi va distinto.
Come ho tentato di spiegarti, esistono i mixer attivi, passivi, digitali e software. Non tutti presentano il problema del leakage o e' trascurabile.

Io il mixer lo spiego cosi', perche' anche io ho commesso lo stesso errore, a causa di una spiegazione simile che ho ricevuto.
Se guardi su internet l'immagine tipica e' questa in cui sulla destra viene riportata anche Flo

Bene, quest'immagine e' sbagliata, la riga Flo sulla destra va tratteggiata.
Uno vedendo quell'immagine si fa la stessa idea che si fa leggendo questo articolo. Cioe' che in uscita debba uscire tutto, ma la matematica dice altro.

Se non hai bene in testa cio' che deve fare un blocco ideale, non ha alcun senso considerare le non idealita. Le non idealita' sono definite sulla base di cio' che e' definito come ideale. Non puoi parlare di leakage, isolation o crosstalk se prima non hai capito che quelle frequenze non ci dovrebbero essere.



the higher the attenuation, the greater the bandwitdh
caccamo2





postato il:
13.03.2019, alle ore 20:46
Faccio un esempio per assurdo.

Sbagliato:
La cintura di sicurezza ha la funzione di lasciarti un ematoma sull'addome che puo' durare fino a 10 giorni, ma ha anche dei difetti:
-ti salva la vita.

corretto:
La cintura di sicurezza ha la funzione di salvarti la vita, ma ha anche dei difetti:
-puo' lasciarti un ematoma sull'addome che puo' durare fino a 10 giorni.

come vedi la proprieta' commutativa non vale, se cambi l'ordine cambia il significato.






the higher the attenuation, the greater the bandwitdh
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postato il:
14.03.2019, alle ore 19:19
Bene, se non altro e' condivisa la differenza fra mixer ideale e mixer reale.
Questo documento a pagina 22 lo spiega in sintesi ma in modo efficace
https://curve.carleton.ca/system/files/etd/2d72e14d-6ca7-4f8…


Mixers generally make use of the trigonometric identity shown in Equation
2.1. The multiplication of two fiequencies togeîher creates frequency components at the sum and difference frequencies, only one of which is usually desired. Normally, the equation that describes the operation of the circuit is much more complex than a simple cosine multiplication, resulting in many extra frequency components.

Filtering of the output not only selects the desired sideband but is helpful in reducuig exnaneous frequency components at the output.

A perfect mixer perfoms thdiis frequency translation with no modification or distortion of the information in the signal. no signal suenath loss. no dependence upon the amplitude of the LO waveform. and no addition of noise. Ideaily, the only output would be the frequency desired. with no components of the local oscillator frequency, the original signal frequency, or any other undesired frequencies. Real mixers differ on how weil they approach this ideai, resulting in specifications for linearity, noise figure, signal handling capabilities, LO compression, and port isolation. A brief review of these specifications will help illustrate the challenges involved.


Tuttavia anche considerando un mixer come fosse quasi-ideale, occorre ad esempio tener conto che i segnali al suo ingresso debbono rispondere a specifici requisiti.

La non linearita' che trasforma una somma in moltiplicazione ha implicazioni sul livello dei segnali, come ben evidenziato in questo docunmento (il sito http://www.ta-formation.com/diapo.htm e' in francese ma comprensibile) alle pagine 31,32,33
www.ta-formation.com/cours/l-melange.pdf

- se il livello e' troppo basso allora il mixer e' lineare ed in uscita ci sono solo gli stessi segnali in ingresso (F1 e F2)
- se il livello dei segnali e' troppo alto allora in uscita ci sono tutte le componenti m*F1 +/- n*F2
- se i livelli sono nella zona <riccioli d'oro> (che e' diversa per le varie tipologie di mixer) e se il mixer e' ben bilanciato (come sa chi autocostruiva eccitatori SSB) allora in uscita ci sono le sole componenti (F1+F2) e (F1-F2)

Tutto questo per evidenziare che anche se spesso si puo'considerare un mixer come una black box ideale, talvolta serve entrarci dentro per usarlo al meglio, soprattutto se ci si cimenta in autocostruzioni.




"se peso cado, ma se cado non peso"
adamatj.altervista.org
schottky





postato il:
14.03.2019, alle ore 19:54
Sinceramente non comprendo troppo la diatriba, la citazione di innumerevoli fonti, basta aprire un buon libro di comunicazioni elettriche (anche il buon vecchio De Castro) nella teoria della modulazione, per trovare dettagliati gli strumenti per calcolare lo spettro del segnale di uscita di un miscelatore in funzione di quello di ingresso e dei metodi (più o meno approssimati) per estrarre il segnale modulante.


Il vantaggio di essere intelligente e' che si puo' sempre fare l'imbecille, mentre il contrario e' del tutto impossibile. -- W. Allen
pippodue




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postato il:
14.03.2019, alle ore 20:50
schottky:
Sinceramente non comprendo troppo la diatriba,

Bene allora ne approfitto per esternare il mio predicozzo.
Una volta ho costruito un buon ricevitore per una banda decametrica ed ho sperimentato il mixer integrato ad anello SO42P ma poi mi sono accorto che un semplice transistor realizza praticamente la stessa funzione. Tanto è vero che una volta i ricevitori di qualità usavano tranquillamente un tubo miscelatore.
La figura allegata da Caccamo non la capisco bene, forse me la spiega.
Ho trovato utile in questo thread il paragone fra un moltiplicatore e un modulatore d'ampiezza, in effetti la modulazione di ampiezza possiamo considerarla come il prodotto della portante di alta frequenza per la modulante di bassa frequenza quando a quest'ultima venga sommato un valore costante in modo da spostarla tutta nel campo positivo. Così in uscita abbiamo le frequenza somma, differenza, e pure la stessa portante grazie alla moltiplicazione per quel valore costante, mentre contesto che troviamo in uscita anche la frequenza modulante se non come residuo parassita.



anche i grandi uomini, come gli uomini comuni, possono talvolta cadere in errore (Voltaire)
caccamo2





postato il:
14.03.2019, alle ore 20:57
schottky:
Sinceramente non comprendo troppo la diatriba, la citazione di innumerevoli fonti, basta aprire un buon libro di comunicazioni elettriche (anche il buon vecchio De Castro) nella teoria della modulazione, per trovare dettagliati gli strumenti per calcolare lo spettro del segnale di uscita di un miscelatore in funzione di quello di ingresso e dei metodi (più o meno approssimati) per estrarre il segnale modulante.


credo che l'intento di double fosse semplicemente discuterne



the higher the attenuation, the greater the bandwitdh
MB54




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postato il:
15.03.2019, alle ore 10:31
pippodue:
..
Una volta ho costruito un buon ricevitore per una banda decametrica ed ho sperimentato il mixer integrato ad anello SO42P ma poi mi sono accorto che un semplice transistor realizza praticamente la stessa funzione. Tanto è vero che una volta i ricevitori di qualità usavano tranquillamente un tubo miscelatore.


Imho
La differenza fra 'funzionare praticamente' e 'funzionare bene' esiste, soprattutto in RF. Un chiodo arrugginito o un pezzo di galena sono detector funzionanti, ma si può fare di meglio.
Ancora a cavallo del 1970 ricevitori di alta qualità, es. Racal, nelle versioni a transistor soffrivano nei confronti di molte valvole (es la 7360 a fascio): soffrivano moltissimo in termini di ID e molto in termini di feedthrough. Con l' uso dei fet Ed Oxner Siliconix e poi dei VMP4 la storia ha iniziato a cambiare. Si trattava comunque di soluzioni possibili su RX estremamente costosi. A memoria, solo negli anni successivi sono diventate possibili per apparecchi commerciali soluzioni di qualità a costi non impossibili: alcune valvole in genere funzionavano meglio. Poi l' evoluzione della specie ha fatto la sua storia e le valvole sono state pensionate al di fuori di applicazioni particolari.
Il problema principale di un mixer non è costituito dalle frequenze fuori banda: tutte le evoluzioni trigonometriche citate sono superabili in fase di progetto generale,scegliendo le frequenze e filtrando opportunamente. Il problema principale imho è l' intermodulazione, e quindi scelta dei componenti e soprattutto avere corrette terminazioni per tutta la banda (sempre parlando di stadi analogici), che andrà a determinare l' MSD ecc.
Ovviamente puoi fare un mixer con un transistor, 4 mos, 8 schottky, multiplexer ecc.: tutti funzioneranno e Radio Maria la ricevi bene. Meno bene riceverai Radio Cancelados o 1W dalla Nuova Guinea, ma la banda deve essere libera. Se il segnale voluto è in mezzo ad altri 30, con livelli molto superiori, la MSD cambia totalmente.
Imho ricevere 3 o 30 stazioni dice che l' RX funziona, ma per dire se funziona 'bene' lo devi o confrontare con un riferimento noto o misurare.

La 7360
https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_7360.html
Una storia molto sintetica dei mixer storici
https://www.analog-rf.com/mixer.shtml
Alan_Ford




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postato il:
15.03.2019, alle ore 11:07
pippodue:
Una volta ho costruito un buon ricevitore per una banda decametrica ed ho sperimentato il mixer integrato ad anello SO42P ma poi mi sono accorto che un semplice transistor realizza praticamente la stessa funzione.


Intendi un circuito simile?

Oltre ai mixer fatti con un mosfet a doppio gate.
pippodue




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postato il:
15.03.2019, alle ore 12:58
In quel caso no: ho fatto anche dei ricevitori semplificati, anche quì fra gli schemi nel sito, ma quando parlo di un buon ricevitore ti assicuro che era buono, anzi è buono perchè non lo ho smontato. Non ricordo neppure se alla fine ho lasciato il mixer SO42P o il transistor mescolatore, ricordo che spazzolando la banda lo S-meter dava dei bei guizzi quando passava su una stazione e il segnale era chiaro, misure non ne ho fatte ma nel traffico era molto soddisfacente.


anche i grandi uomini, come gli uomini comuni, possono talvolta cadere in errore (Voltaire)
segui questo thread con grixFC, per questa funzione devi aver installato il software grixFC

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