Это как там у Филатова было: “Исхитрись-ка мне добыть то, чего не может быть.”

Исхитрись-ка мне добыть

Промежуточное – это, наверное, всё-таки комбинация. Например, набираем гармоники оптимальным способом, а нужную выделяем фильтром ФАПЧ (N=1). Или же предметом обсуждения могут быть компоненты со свойствами прямого и аналогового синтеза (тот же ГУН с инжекцией) или, например, полностью аналоговая ФАПЧ. Вот, ещё один весьма нестандартный пример из той же серии – квадрокоррелятор:

 Quadricorrelator_Concept.pdf ( 125.03 килобайт ) Кол-во скачиваний: 62

Вот недавно пришли с такой задачей- синтезатор частот с фотоническим выходом. Т,е синтезатор с перестройкой в диапазоне 1ГГц- 140 ГГц с суб-мегагерцовым шагом и неплохой ФШ, но выход не коаксиал, не волновод, а световод с монохромным лазерным светом, модулированным на заданной частоте. Прямая модуляция полупроводникового лазера такими частотами невозможна, модуляторы тоже не тянут. Приходится городить оптический гетеродин как тут https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1708/1708.05228.pdf
Кто-нибудь уже имел опыт конструирования таких синтезаторов?

Лучше и не скажешь )


В любом случае останется задержка распространения, даже в микрополосковых линиях, пусть маленькая, но она многократно умножится если параметры интегрирующей цепочки подобраны не точно. В результате, при одинаковой ширине полос обычного аналогового фильтра и фильтра ФАПЧ, последний будет раз в 10 дольше устанавливаться. А сократить задержки в активных элементах с расширением полосы - совсем сложная задача. Что остается? Геометрически уменьшить размеры петли и выкинуть все лишнее. В итоге логично приходим:



К этому и подвожу.


Не все так плохо. Приведу боевой пример:



Хороша умножилка? С 2.5 до 20 ГГц без потерь. Думаю, если бы взяли лучше, чем SMA100A, то -130 дБн/Гц можно было увидеть на 10кГц@20 ГГц. Никаких сложных фильтров, многокаскадного удвоения 2 x 2 x 2 ... В микроскоп не разглядишь. А два последовательно включить, то и спуры до 100 дБ упадут. И коэффициент умножения любой. И делителей не надо. Сказка.


Разберемся и с этим "квадракоптером", на досуге.

Я думаю, не стоит преувеличивать влияние геометрических размеров. В противном случае мы бы использовали их во благо, а не во вред – помните ”декоррелятор шумов” (re: вечный двигатель)? Хотя, конечно, иметь малые размеры – это плюс, а не минус.


Любопытная штука. Похоже, нижняя петля выставляет ГУН на нужную гармонику, а потом происходит перезахват верхней петлёй с инжекцией. Я практикую аналогичное решение, только вместо петли с инжекцией у меня гирлянда смесителей (что более предсказуемо, но гораздо более затратно). Перезахват осуществляется просто переключением с помощью переключателя. Хотелось бы понять, как это происходит в приведенном примере. Ещё интересует рабочий диапазон ГУН. Khach прав, обычно ГУН с инжекцией узкополосный и весьма капризный. Картинки, похоже, взяты из какой-то статьи? Можно саму статью посмотреть?


Сказка может быть омрачена технологичностью и повторяемостью. Но сама концепция довольно красивая.

Сообщение отредактировал Chenakin - Feb 27 2018, 20:14

Уточню, критика направлена на размеры обратной связи и большое количество элементов в ней. Как мне кажется, сам синтезатор не обязательно запихивать в спичечный коробок, на первом месте характеристики. Стоит добавить задержку в обычный аналоговый фильтр, он сразу наследует плохие черты ФАПЧ - длительное установление. Яркий пример - ПАВ, с большой задержкой между ВШП. Как только нарушается согласование, переотражения затягиваются по времени и пропорционально увеличивается время установления. По этой причине, неоднократно приходилось отказываться от применения ПАВ при работе с быстрыми сигналами в рабочих платах.


Не сомневался, что понравится.


Насчет предсказуемости можно поспорить. Почему ФАПЧ более предсказуема? Дело в расчете, независимом управлении параметрами. И там, и там ситуация одинаковая.


Khach писал об инжекции через цепи питания - это не серьезно.И речь шла о высокой добротности, а значит инертности к внешним раздражителям. Но мы же стремимся отойти от таких вещей (ЖИГ). Пусть будет ГУН с плохими шумами, захватим его широкой петлей, но с низкими внутрипетлевыми шумами опорного сигнала. В огромном количестве микросхем по CMOS технологии работают делители на инжекции сигнала, уверен многим попадались похожие статьи, но не везде есть рациональное зерно. По памяти встречал генераторы с октавным перекрытием по диапазону захвата, где надобности в предустановке нет. По приведенной статье видна топология из 4-х ГУНов.

 Subharmonic_PLL_J.pdf ( 3.19 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 87



В простоте и повторяемости красота.

Если не против, пробежимся кратенько по статье в диалоге, разберем "полет": плюсы/минусы, где контролировать, стабильность, ...

Да, такой способ есть. См. приложенный файл.
 ____________________879738.pdf ( 290.95 килобайт ) Кол-во скачиваний: 68

ГУН с синхронизацией инжекцией в современном мире это экзотика выше 40-50 ггц. Там где прескалеры не работают или прескалеры тоже инжекционные. Поэтому обычно это экзотические полупроводники типа фосфида индия, нитридов итд. Вряд ли получится сделать это на кремнии с вменяемым соотношением цена-качество по сравнению со схемотехникой синтезатора на ФД.
Пр отсутствии полупрводникового производства " в личном владении" только и остается что с диодами Гана в волноводах играться.
При наличии фаба можно конечно занимться такими вещами как Quadrature Injection Locked Oscillator, вытягивая ФШ за счет соединения нескольких осцилляторов со сдвигом фазы.
Ps. вот вообще интересное решение гетеродина-смесителя с инжекционным захватом по оптическому сигналу. Так что не всегда сигнал вводится в схему через выводы активного элемента.

Возможно, будет понятнее, если в моём переводе на русский, см. приложенный файл. Там же добавлен материал о практической реализации.  Quadricorrelator.pdf ( 211.53 килобайт ) Кол-во скачиваний: 88

Сначала возможные подводные камни. Вот, что пишут сами авторы по ходу статьи:

1. ”Note that this technique can hardly be applied to a simple VCO without a companion phase-locked loop (which ensures the frequency accuracy), since the locking may fail due to the narrow lock range and PVT variations [12], [13].” – стр. 1540
2. ”Note that the noise suppression technique could never be practical for a standalone injection-locked oscillator without frequency-tracking PLL [e.g., Fig. 3B] because the PVT variations would cause substantial performance degradation or simply fail the locking.” – стр. 1542
3. ”The lock range affects the noise shaping of an injection-locked PLL significantly. It is worth noting that the lock range degrades as N increases.” – стр. 1542
4. ”The analysis in Section II implies that a stable and well-behaved subharmonic locking can be achieved, given that the frequency ratio N is less than 10. If we use single-edge injection to lower the power, the maximum N will be cut by half because the effective injection current is reduced by the same amount. To develop general-purpose PLLs which may have much higher divide ratios, we must realize the injection locking in multiple steps.” – стр. 1547
5. ”One issue hidden behind the beauty of the injection-locked PLLs is the pulling between the two locking forces, namely, the phase locking (from the reference PLL) and the injection locking (from the injection signal).” – стр.1544
6. ”Called ”pseudo locking”, this state can never reach a real locking either in phase or frequency.” – стр. 1546


Полностью согласен! Только, вот, статья направлена в редакцию в 2008 г., а сейчас на дворе 2018. Десять лет пролетело, а коммерческого продукта нет (во всяком случае, я не встречал). Значит, не все так просто (собственно, сами авторы об этом говорят – см. выше). А так, да, я двумя руками за красоту .

Сообщение отредактировал Chenakin - Feb 28 2018, 16:53

DDS, конечно, но не в том виде, как сегодня.

А как там дела у Виталия Козлова, чья тема коррелирует с текущей?
Разве его тема не соответствует выкидыванию PD?
Есть мнение, что его расщепитель фаз до 20 ГГц реален в технологии GaN.

Ирония судьбы: сначала узнал про расщепитель фаз о Виталия.
Теперь уже профессионально занимаюсь расцепителями фаз

Дела мои остаются на месте, ни на йоту не продвинулись, в точности с вашими предсказаниями. Ну а в мире наблюдается некоторое шевеление. Спустя два десятилетия после моих патентов, российского и американского, стали появляться зарубежные на эту же тему, см. прилагаемый список. Правда, они слабоватые, дальше 4-х фаз не идут, но со временем, возможно, через последующие десятилетия (чёрный юмор) додумаются и до большего. Вас же поздравляю с восприятием идеи. Кстати, её тоже можно, пожалуй, причислить к среднему между DDS и схемами с ФАПЧ.
 _______________.zip ( 9.15 килобайт ) Кол-во скачиваний: 18

Да, камни тоже встречаются.

Сначала введение: почему инжекция сигнала? чем она лучше фильтра на одном резонаторе?
Я считаю, при инжекции сигнала в процессе фильтрации участвуют два явления: селектирующие свойства самого резонатора и кросс-корреляция инжектируемого сигнала с частотой ГУНа (1-ый слайд). Дополнительно к селектирующим свойствам резонатора, на активный элемент можно возложить функции умножения добротности (эквивалентной), как в регенеративном приемнике (интересная штука, рекомендую попробовать), но работающим за порогом стабильности. Условием умножения добротности должно быть приближение мощности компенсации к мощности потерь в резонаторе, т.е. к границе срыва колебаний. Напомню, по материалам статьи собственная добротность резонатора определяется индуктивностью и равна 10. Увеличение инжектируемой мощности (тока) сравнимо с увеличением коэффициента связи и снижением нагруженной добротности - это гибкий инструмент влияния на выгодных для нас условиях. Процесс кросс-корреляции эквивалентен работе ФД - вырабатывается сигнал ошибки, возвращающий фазу колебаний к фазе опорной частоты.


С точки зрения селектирующих свойств, подавления внеполосных составляющих, узкая полоса (высокая эквивалентная добротность) для нас конечно более выгодна, а с точки зрения гарантии захвата и скорости - нет. По материалам статьи, разработчики не используют влияние (или не имеют возможности) на процесс колебаний. Косвенно этот механизм присутствует в виде зависимости полосы и падения мощности от номера гармоники (слайд. 2).


При узкой полосе вполне логично было использовать ФАПЧ для предустановки, и получилось очень изящно (с небольшими изъянами), без отключения вспомогательной петли, над чем мы совсем недавно ломали голову. В противоположность рассматриваемому случаю, в схемах, где нет высоких требований к внеполосным составляющим (цифровые делители частоты с инжекцией сигнала), генератор нагружают достаточно высокой мощностью инжектируемого сигнала и проблем с захватом нет.


Возвращаемся к вопросу о необходимости регулировки инжектируемой мощности.


Конечно, нельзя назвать удачной реализованную схему (слайд. 3)


Да, мы не знаем, во что трансформировался опыт )

Предлагаю плавно снижать мощность инжектируемого сигнала в процессе переключения, захвата частоты (слайд. 4), с соответствующим переходом от широкой полосы к узкой. Поднять мощность, если не хватает, хотя на логических элементах далеко не разгуляешься. Подумать над схемотехникой самого ГУНа, с точки зрения уменьшения потерь при самодетектировании, повышения крутизны х-ки. Предварительная подстройка частоты может быть достаточно грубая, скажем до 500 МГц, с помощью ЦАП. После - полоса удержания намного шире полосы захвата.

 FastInjection.pdf ( 344.65 килобайт ) Кол-во скачиваний: 101

Неплохую теорию можно найти в описании инжекционных прескалеров. Которые суть те же ГУНы, но с инжекционной синхронизацией именно гармоникой, а не субгармоникой основного сигнала. Т,е частота инжектируемого сигнала кратно выше частоты генерации.
Использование инжекционных прескалеров это один из вариантов построения петли синтеза на частотах, где счетные прескалеры "не успевают". Т,е на частотах выше 20-200 ГГц в зависимости от полупроводника и/или топологической нормы.

Интересно было бы продумать процесс отключения поисковой ФАПЧ, чтобы она не тянула фазу после перезахвата. Тогда можно было бы использовать дробную ФАПЧ для подстройки на любую частоту.


Такую концепцию с двумя ЦАП простой не назовешь.


Это верно. По-хорошему, надо бы провести детальный обзор литературы и до, и после этой статьи, посмотреть, как решались проблемы, и что имеется на сегодняшний день. Следующее утверждение авторов представляется бесспорным: “Unfortunately, scientists and engineers thus far have neither paid enough attention to it nor recognized its powerful potential.” Собираетесь ли Вы проводить какие-то эксперименты, или это чисто познавательная дискуссия? Кстати, в статье приведена простая схема генератора гармоник (помимо инжекционной ФАПЧ), которая может получиться гораздо более технологичнее SRD. Не хотите попробовать?




Согласно приведенной статье случай с прескалерами будет соответствовать N<1, что обеспечивает наиболее широкую полосу захвата.