פיצוי על הפסדים תלויי תדירות בכבלים של מערכות טלוויזיה בכבלים בעזרת התקני השוואה משתנים במתח של Mini-Circuits
Ben Kahtan, Mini-Circuits
במערכות תקשורת בפס רחב, כגון מערכות ציוד עבור טלוויזיה בכבלים (CATV), ביצועי המערכת יכולים להסתמך באופן משמעותי ביותר על שטיחות (flatness) ההגבר או שטיחות ההנחתה. לעתים קרובות, ההפרעות במערכות טלוויזיה בכבלים נובעות מבעיות שמקורן בהנחתה תלוית תדירות של כבלים ארוכים במיוחד (הגדלה עם התדירות) וכן משיפוע ההגבר השלילי של מגברים מסוימים. שיפוע הגבר שלילי זה, שבא לידי ביטוי ברכיבים של מערכות טלוויזיה בכבלים, יכול לגרום לא מעט כאבי ראש למתכנני המערכות.
למשל, נניח שרוחב הפס של פעולת המערכת מפוצל למספר ערוצים. הערוצים בתדרים הנמוכים יותר נתונים להנחתה פחותה בהרבה מאשר אלו שבתדרים הגבוהים, כך שהערוצים בתדרים הנמוכים בעלי העוצמה הגבוהה יותר עלולים לגרום לרוויה במגבר שיש לו הגבר שמספיק כדי להגביר את ערוצי התדרים הגבוהים יותר, שעוצמתם נמוכה יותר. ברור שמגבר שנדחף עד לרוויה במערכת מרובת ערוצים בספקטרום רחב, היה יכול לגרום לאי סדר עצום של תוצרי אפנון ביניים שאין כל אפשרות לסנן אותם, עובדה שהופכת את המצב הזה לבלתי רצוי ממש.
תוכן ספקטראלי מדומה שנמצא מחוץ לערוץ (כגון תוצרי אפנון ביניים, הרמוניות) המגיע מאותות בתדרים נמוכים בעלי עוצמה גבוהה יכול גם להקטין את איכותם של האותות בתדרים גבוהים בעלי עוצמה פחותה יותר (בין אם המדובר במונחים של MER, SNR, CNR או בכל סוג אחר של ספרת ערך [figure of merit]) וכך הלאה.
מאחר שהן המגברים וגם הכבלים מציגים שיפוע שלילי של הנחתה או של הגבר, במקרים רבים ייתכן שהמתכנן יבקש לשטח את השיפוע על חשבון ההגבר הכולל. פעולה זו תיתכן עם התקן שיש לו שיפוע הנחתה חיובי (על פני טווח רצוי של תדרי פעולה), שנקרא בשם התקן השוואה (equalizer). את התקני ההשוואה האלו אפשר לממש, בין השאר, כרשתות פיי או רשתות טי עם רכיבים התנגדותיים המחוברים בטור שיש להם “מעקף” בעזרת קבלים המחוברים במקביל, ורכיבים התנגדותיים המחוברים במקביל (shunt) שיש להם “מעקף” בעזרת משרנים המחוברים במקביל, אשר יוצרים באופן מעשי מבנה מעביר גבוהים מסדר נמוך בעל הפסדים. איור 1 מדגים את העיקרון הזה.
את התקני ההשוואה הפסיביים האלו קל לתכנן באופן יחסי והמימוש שלהם לא יקר, אך חסרה להם רב שימושיות בגלל ערכי הרכיבים הפסיביים, שהם קבועים.
כל מתכנן שמכבד את עצמו, יודע שביצועי הרכיבים משתנים בתלות בטמפרטורה, באפיצויות (טולראנסים) של הייצור, בלחות, וגם בהעדפות ארוחת הבוקר של טכנאי ההתקנות ביום השלישי הקודם[1], ועוד ועוד… וכך, התקן השוואה שמציג שיפוע הנחתה מיטבי על פני כ- 90 מטר של כבל קואקסיאלי של יצרן A, והוא נצלה בחום העצום של אמצע היום בקיץ של מדינת טקסס, עלול לא לפעול בצורה כל כך טובה עם 15 מטרים של כבל הנתון בנטיפי קרח של יצרן B במדינת מיין. המתכנן יכול לבחור לתכנן אל תוך המערכת שלו אסופה ניתנת למיתוג של התקני השוואה, שאפשר להכניס אותם אל תוך נתיב האות לפי הצורך, אבל פתרון שבנוי באופן בדיד כמו זה, עלול להפוך מהר מאוד למסורבל.
מאחר שהמידה של שיפוע חיובי הנדרש להשטחה יעילה של הגבר במערכת מסוימת תשתנה בתלות באורך הכבל, בביצועי המגבר, בווריאציות ההגבר וההנחתה הנובעות מכך, בטמפרטורה ובאין ספור פרמטרים אחרים במערכת, התקני השוואה פסיביים יכולים להיות ישימים בתחומים צרים מאוד של תנאי הפעלה. מאידך, היה רצוי מאוד לקבל פתרון ניתן לכיוון.
את זה בדיוק מציע הרכיב VAEQ-1220-75+ של Mini-Circuits — התקן השוואה אשר שיפוע ההנחתה שלו ניתן לכוונון דרך אות בקרה אנלוגי. רכיב זה מציע ריבוי אפשרויות, רב יותר באופן משמעותי, בתנאי הפעלה משתנים בהיקף נרחב, אשר בהם נתונות מערכות טלוויזיה בכבלים. מערכת בקרה חכמה יכולה לכוון תוך כדי פעולה את תגובת התדר של התקן השוואה משתנה במתח (VVE), תוך כדי כך שהיא מתאימה עצמה באופן רציף לשינויים של פרמטרי הפעולה, ושומרת בשיאם את ביצועי המערכת.
[1]חשוב על הסיפור הבא ששייך לימיה הראשונים של הנדסת המוליכים למחצה, לפני שהיו אותם תקנים קשיחים בנוגע לחדרים נקיים, ואשר צוטט לעתים קרובות מפי פרופסורים טרחניים, שלימדו תכנון מעגלים משולבים: באחד המפעלים, הקימו ועדה לאבטחת איכות שערכה חקירה מקיפה במטרה לקבוע את הסיבה לכך שהתפוקות של פרוסות מוליכים למחצה שעובדו במהלך שעות אחר הצהרים המוקדמות היו עלובות, באופן חריג במיוחד. לאחר חודשים של ביקורת קפדנית, הגורם האשם התגלה כזיהום בצורת פירורי נתרן כלורי – אותם גרגרי מלח שהיו על הצ’יפס שהוגש בקפיטריה לארוחת צהרים. גרגרי המלח נדבקו לידיהם לפניהם ולבגדיהם של המהנדסים הרשלניים, ונפלו לאחר מכן לתוך מכלי החומרים הכימיים ששימשו בתהליך הייצור. אין ספק שתרחיש כזה לא היה יכול להתרחש בעולם המודרני של התעשייה.
[1]חשוב על הסיפור הבא ששייך לימיה הראשונים של הנדסת המוליכים למחצה, לפני שהיו אותם תקנים קשיחים בנוגע לחדרים נקיים, ואשר צוטט לעתים קרובות מפי פרופסורים טרחניים, שלימדו תכנון מעגלים משולבים: באחד המפעלים, הקימו ועדה לאבטחת איכות שערכה חקירה מקיפה במטרה לקבוע את הסיבה לכך שהתפוקות של פרוסות מוליכים למחצה שעובדו במהלך שעות אחר הצהרים המוקדמות היו עלובות, באופן חריג במיוחד. לאחר חודשים של ביקורת קפדנית, הגורם האשם התגלה כזיהום בצורת פירורי נתרן כלורי – אותם גרגרי מלח שהיו על הצ’יפס שהוגש בקפיטריה לארוחת צהרים. גרגרי המלח נדבקו לידיהם לפניהם ולבגדיהם של המהנדסים הרשלניים, ונפלו לאחר מכן לתוך מכלי החומרים הכימיים ששימשו בתהליך הייצור. אין ספק שתרחיש כזה לא היה יכול להתרחש בעולם המודרני של התעשייה.
איור 2 ואיור 3 מדגימים את הביצועים של מערכת טלוויזיה בכבלים מפושטת היפותטית (המורכבת משני מגברי PGA-106-75+ של Mini-Circuits ומ- 30 מטר של כבל קואקסיאלי RG-6/U). הגרף בצבע האדום מראה את ההגבר של המערכת ללא התקן ההשוואה, והגרף בצבע הכחול מראה את ההגבר של המערכת הזו לאחר שצורף אליה התקן השוואה משתנה במתח — VAEQ-1220-75+ של Mini-Circuits. בהדמיה הזו, על התקן ההשוואה המשתנה במתח הופעל מתח כוונון של 3.05 וולט באמצעות כניסת הבקרה שלו.
במערכת ההיפותטית הזו VAEQ-1220-75+ מקטין שיפוע של -20 dB בערך, לתחום שטוח כמעט. שעה שלדגם הזה יש תגובה שטוחה במיוחד בתוך פס הרוחב בהורדה לפי פרוטוקול DOCSIS 3.1 — עד ל- 1220 ג’יגה הרץ — הוא גם פועל בתדרים נמוכים יותר עד 5 מגה הרץ.
הרכיב VAEQ-1220-75+ מתוכנן לשימוש במערכות של 75 אוהם וניתן להפעילו על פני כל רוחב הפס של פרוטוקול DOCSIS 3.1 — הן בתדרים בכיוון הורדה והן בכיוון העלאה – והופך אותו לפתרון המתאים ביותר עבור הצרכים של עולם הטלוויזיה בכבלים. עבור חלק זה אפשר לקבל את המודלים של פרמטרי S עבור כמה מצבים של מתחי בקרה, ו- Mini-Circuits יכולה לספק לפי בקשה נתונים נוספים שיוכלו לסייע בתכנון של VAEQ-1220-75+ בתוך מערכות טלוויזיה בכבלים.
כמו כן, אם הרכיב VAEQ-1220-75+ לא יתאים לגמרי עבור המערכת שלך, Mini-Circuits תוכל לעזור בפיתוח דגם מיוחד של התקן השוואה משתנה במתח, שיענה באופן מדויק על דרישותיך, יהיו אשר יהיו. צור קשר עם מחלקת הנדסת היישומים שלנו (בכתובת [email protected]) לקבלת מידע נוסף לגבי פיתוח דגמים בהתאמה אישית.
