Жестче фильтровать в пределах стабильности: емкость больше, ФНЧ ... , все что дает максимальное подавление на 100 МГц и выше, без изменения фазовой хар-ки основной цепочки.

Вопрос мой вот о чем. Справедливо ли записать шум LNLA как b0*(1+Fc eff/Fm), где Fc eff будем считать эффективной (пониженной) фликкерной границей. Далее, не логично ли Fc eff представить как Fc/S (где Fc - это фликкерная граница LNA в режиме большого сигнала, а S - подавление несущей)? Если подавление, допустим, 40дБ, можно ли использовать S как 10^4? Ваше мнение, Андрей? Или как вообще учесть фликкер LNLA в модели?

Да теория говорит, что 20log. Но как быть с этим участком? (приложил Ваш график).

И еще вопрос. Если мы используем циркулятор в качестве выделителя обратной волны, надо ли нам учитывать его развязку при моделировании? По идее, сигнал из основного кольца с конечной развязкой тоже прет в интерферометр... Ваше мнение Андрей? На графике ФШ из сообщения 2858, к примеру, развязка циркулятора не более 30 дБ.

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 18 2018, 14:31

Сергей, спектр вносимого усилителем фазового шума в линейном режиме представляется как a0/f+FkT/2Pin. Попробуйте свести это к Вашей формуле. Оба параметра окажутся зависимыми от CS и еще придется ввести потери мощности при выделении отраженной волны.


В этом участке виден естественный переход АЧХ в горизонтальную линию.


Развязка двух портов - штука специфическая и зависит от согласования третьего порта с нагрузкой. То, что у Вас циркулятор с нагрузкой по третьему порту 50 Ом имеет развязку 30 дБ, не значит, что он ее сохранит при 51 или 49 Ом. То же и с делителем мощности. Я в своих генераторах использовал квадратурные мосты RCP3500Q03 с заявленной развязкой 20-30 дБ (по-моему), а подавление несущей получал аж за 40 дБ.

Если представить ваш a0(b-1 у Рубиолы) как Fc*b0 и b0 (или FkT/2Pin) вынести за скобку, получаем ту формулу, которую я и привел FkT/2Pin(1+Fc/Fm). Фликкер усилителя можно характеризовать через Fc (фликкерную границу в герцах), или A0 (b-1). Кому как привычнее. Вопрос был о том, как аналитически связать фш усилителя петли АПЧ с величиной CS.

Ну, связали Вы вносимый шум с CS, получив фликкерную границу обратной пропорциональную и широкополосный уровень просто пропорциональный ей. Дальше что?

Широкополосный уровень, наверное, все-таки не будет пропорционален подавлению, потому как шумы дальней зоны проходят через выделитель обратной волны на вход LNA почти без потерь. Что дальше? Дальше хотелось бы получить цивильную рабочую модель шумов LNA, используемого в КСС. И вообще модель всего генератора с КСС, отличную от укороченной модели с T0. Думал, Вы подскажете что-нибудь исходя из вашего опыта. Ладно, не буду к вам больше приставать.

Эта модель описана и в диссертации Царапкина, и в статьях Штина, и (в укороченном виде) у меня в диссертации. Я во всех расчетах использовал только ее. По-моему, она адекватно способна описать спектр шумов там том уровне, который я достигал. Когда дойдет дело до сапфира, проверим и там. Использовать укороченную модель противопоказано по причинам, указанным мною выше.

Вот модель петли:

Т.е. нужно перед С1 как можно ближе к выходу CP микросхемы поставить ФНЧ с частотой заграждения от 100 МГц до 12 ГГц? Фильтр я могу рассчитать в AWR на сосредоточенных элементах с учетом их S-параметров , а как понять, что он не изменит фазовую характеристику основной интегрирующей цепи петли ФАПЧ?

Сообщение отредактировал Cach - Jan 19 2018, 02:13

Да. Если есть AWR, то и RC-цепочку можно перенести в программу. Не думаю, что полоса модуляции доходит до 12 ГГц, да и спектр фронтов имеет завал. PLLatinum пишет, что у вас есть запас по фазе ~60гр в полосе. Без особых опасений вы можете уменьшить его фильтром на 5-10гр. Полоса RC - это где-нибудь по уровню -15 дБ для уверенности. На дискретных элементах нет смысла экспериментировать, есть LFCN.

Спасибо за советы. Попробую смоделировать c LFCN. Еще попробую в модели перед интегрирующей цепочкой (как можно ближе к CP) поставить несколько конденсаторов, например, на 5 пФ, 10 пФ, 15 пФ и 30 пФ типоразмером 0402. Для фильтрации до 4 ГГц должно помочь. Как думаете?

Сообщение отредактировал Cach - Jan 19 2018, 09:12

Кстати, почему Николас, а не по-нашему, Николай (вопрос, наверное, не к Вам)? Периодически встречаемся с Николаем, живет и работает он сейчас в Сан Диего, США. Одно время мы очень плотно сотрудничали, сейчас видимся пореже, у меня тоже свои проблемы…



А нужен ли вообще МШУ? Нет, я, конечно, понимаю, для чего он используется. Но, вот, смотрю на терминологию, применяемую в КСС (интерферометр, умножение добротности и т.д.), и становится немного не хорошо. От природной лени вникать в теорию не хочется, поэтому попробую развернуть проблему по-простому.

1. Откуда ноги растут.
Имеем “классический” генератор с обратной связью:

Усилитель здесь по определению нелинейный элемент. И вот из-за его нелинейности и растут фазовые шумы (фликкер, рост коэф-та шума при компрессии и т.д.). Всем всё понятно (правда, никто считать не умеет, если уж по-честному ).

2. Нелинейность=фазовый шум.
Можно условно сказать, что вся беда с шумами генератора проистекает из-за нелинейности его активного элемента. Следовательно, его надо как-то линиарезировать. Это можно делать как на уровне активного прибора (материал, топология, технология изготовления и т.д.), так и на внешнем, системном уровне, где в основном используют два способа: прямая связь (feedforward) и обратная связь (feedback).

3. Feedforward.
Способ довольно простой (на бумаге):

Используем две цепи компенсации, чтобы получить сигнал ошибки, вызванной нелинейностью основного усилителя, и затем (после усиления во вспомогательном усилителе) вычесть его из выходного сигнала основного усилителя. При надлежащей точности балансировки амплитудных и фазовых характеристик можно убрать нежелательные искажения, которые возникают в основном усилителе. Этот подход широко используется для подавления интермодуляционных искажений, но таким же образом может применяться и для уменьшения фазовых шумов.

3. Feedforward=шаманство.
Всё хорошо, да не так уж и очень. Уровень подавления фазовых шумов в основном ограничивается пределами точности баланса амплитуд и фаз. А это самое, что ни на есть, шаманство (что можно сказать о любой балансной схеме – смеситель с подавлением зеркалки, IQ-модулятор и т.д.). 15-20 дБ подавления – работа для студента, 30-40 – хороший результат при грамотном проектировании и учете множества факторов. А вот дальше… Когда говорят 50-60, то это подкрутил, получил, записал и быстренько всё это спрятал, потому что повторить вряд ли удастся. Вод это я и называю шаманством (не путать с нашим Шаманом, участвующим в этой ветке ).

4. Feedback.
Чтобы сохранять баланс, нужна автоматическая схема корректировки, т.е. ООС. Как сделать для генератора? Да легко:

Берем сигнал на выходе усилителя, сравниваем с сигналом на входе (за вычетом усиления), генерируем сигнал ошибки и замыкаем петлю ООС. Т.к. нас интересуют фаз. шумы, то естественно использовать фазовый детектор (например, балансный смеситель у которого очень низкий собственный фликкер), а корректировать фазу либо во внешнем элементе (фазовращатель), либо внутри самого усилителя (например, по питанию).
Очень просто и доступно (что мне всегда прельщает) это написано у Галани :

 Galani_1.pdf ( 299.28 килобайт ) Кол-во скачиваний: 62

Или тоже самое здесь, но уже “одетую” в какую-то теорию:

 Galani_2.pdf ( 1.59 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 59

Вот тут всё действительно просто.

5. “Умножение добротности”.
Кстати, взглянув на схему, можно представить, что мы сравниваем сигналы не на входе/выходе усилителя, а на входе/выходе резонатора (что формально так и есть). Т.е. ООС постоянно улучшает сигнал на выходе резонатора. Видно отсюда и пошло широко известный термин “умножение добротности” (булыжник в делянку Андрея; когда-то сильно долго мы спорили об этом ). Но я категорически против такой интерпретации. Зачем что-то притягивать за уши, если всё гораздо проще?

6. Чувствительность приемника.
Понятно, что любой метод имеет свои ограничения. Как определить предел регулировки ООС? В “высшем свете” договорились считать, что обратная связь здесь – это некий приёмник (смеситель + усилитель ПЧ, например, операционник), и, соответственно, просто считать чувствительность приемника (его к-т шума). В принципе, логично.

7. МШУ.
Какой к-т шума такого приемника? Так, навскидку, дБ десять. Каждый знает, чтобы улучшить чувствительность приемника, нужно поставить на его вход МШУ. Если к-т усиления МШУ дБ этак двадцать, то всё за ним можно игнорировать и считать, что к-т шума приемника будет примерно равным к-ту шума МШУ. Т.е. с 10 дБ опускаемся до 3 (к примеру). 7 дБ улучшения. Красота!

8. Нелинейность МШУ.
Да не очень-то! Сигнал несущей на входе МШУ приведет к росту его фликкера и к-та шума. Т.е. мы возвращаемся туда, откуда пришли (нелинейность усилителя только в другой точке), если не сказать хуже.

9. Опять шаманство.
Что делать? А давайте подавим несущую, и пусть МШУ усиливает только сверхмалый сигнал ошибки (шумы), и таким образом предотвратим рост его шумов. А как давить? И тут пошло-поехало: критическая обратная связь, интерферометрическое процессирование сигнала (Во как! Покруче умножения добротности будет!) и т.д. В интерферометре несущая давится подбором баланса фаз и амплитуд. Ничего не напоминает? Как по мне, мы возвращаемся к feedforward (только облаченную в красивую терминологию), т.е. опять к шаманству.

Так нужен ли этот самый МШУ? Может оставить чистую ООС, а разницу в дБ вытягивать, закачивая большую мощность в резонатор?

Опыт показывает следующее. Если при одной и той же настройке резонатора и одной и той же мощности, подводимой к нему, выбросить МШУ, то шумы генератора однозначно возрастают практически на коэфициент усиления МШУ. При этом сохраняется наклон шума 30дБ на декаду. У меня возникает вопрос: откуда берется такой наклон? Если мы выбросили МШУ, что в петле шумит по закону 1/F? Мощность, подводимая к резонатору, в приведенном примере +17дБм.

Вы предполагаете, что мы можем компенсировать проигрыш в шумах (из-за удаления МШУ) увеличением мощности, подводимой к резонатору? Например, на 20 дБ (до значения в +37дБм)? Вероятно, это возможно. Однако укажу на подводные камни. Конкретно с сапфиром работать в этом случае будет практически нецелесообразно, потому что мощность ускоряет его и без того неприятные температурные флуктуации, из-за чего он начинает бегать по частоте значительно быстрее. Что крайне усложняет алгоритмы его частотной стабилизации. Поэтому в этом случае остается переходить на резонатор в виде полированной банки с соответствующим ростом габаритов и потребления (нам же нужно питать 10 ваттный усилок и более навороченный термостат). Может быть работать с DRO, как у Андрея. Лично мне этот вариант по указанным причинам не подходит. Ну и такая деталь: по входу смесителя в этом случае нужно дополнительно ставить ограничитель (иначе он просто будет выгорать на этапе настройки).



Концепция логичная и я сам выступаю её приверженцем. Но говоря о к-те шума такого приемника, почему Вы игнорируете к-т шума выделителя обратной волны? На частоте генерации и малых отстройках он примерно равен подавлению! То есть это может быть величина 40-60дБ (а не дБ десять). И эта величина будет еще умножаться на 1/F^2 в пределах полполосы резонатора. Прилагаю картинку, где я промоделировал подавление в 40 и 60 дБ и выделил участок интересующих нас (в итоговом генераторе) отстроек.

Не претендуя на истину в последней инстанции, для себя я пришел к такой оценочной формуле шумов генератора с КСС
Losc FLL = (L(f)converter+L(f)LNA)*(1+(HBWs11/f)^2)
где L(f)converter - шумовой пол "приемника" (но частотно-зависимый!, где основной вклад вносит частотно-зависимый коэффициент передачи выделителя обратной волны с подключенным к одному из его плеч резонатором c ß1~1)
L(f)LNA - частотно-зависимый фазовый шум МШУ (который я представляю как FkT/2Pin(1+Fc/(f*CSmax)). То есть подавление уменьшает фликкерную границу такого МШУ, но "не трогает" его полку.
HBWs11 - полполосы резонатора по отражению (в пределах которых комбинированная система стабилизации "держит в захвате" автогенератор).
В первую скобку можно добавить циркулятор и фазовращатель как аддитивные составляющие, но их влияния мы в экспериментах не видели, поэтому на достигнутом нами уровне шумов (средненьком) я ими пренебрегаю. Когда пытался "прикрутить" к модели параметр T0, то он всегда лишь уводил график модели от графиков экспериментов. Как-то так...

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 20 2018, 11:27

Добавлю свои пять копеек.

Усиление = линейность (шумы)
Простой пример. Возьмем RF усилитель и зафиксируем его усиление путем введения обратной связи (Feedback), допустим на уровне 10 дБ. Зависимость прибавки к линейности в зависимости от собственного усиления будет выглядеть следующим образом:



Абсолютно тоже самое с частотной стабилизацией, пусть с преобразованием на низкую частоту. В данном случае коэффициент усиления заменяется коэффициентом преобразования, и он больше 1, даже при отсутствии МШУ, иначе по теории не получим компенсации. А как лучше повысить этот коэффициент - выбор разработчика.

Кстати, Андрей, извините, но еще два вопроса: а Ваш DRO на 4ГГц сильно бегает по частоте? Реагирует ли он на вибрацию?



Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 20 2018, 11:13

Раз мы заговорили о частотной стабилизации, у меня вопрос по схеме со стабилизируемым резонатором и выделением обратной волны. Как в этой схеме гарантируется ортогональность смешиваемых сигналов на ФД?