Есть сигнал - синус, который выходит с ЦАПа (выход DDS), подаётся на объект(на основе кварца), далее на выходе из объекта сигнал нормируется, фильтруется и оцифровывается. Резонанс каждого объекта имеет разброс в широком диапазоне частот от 30КГц до 1Мгц. При нахождении резонанса объекта, включается ФАПЧ и следит за резонансной частотой объекта. При этом выдаёт 2 параметра текущая частота и фаза объекта во времени, а объект тем временем, подвергается всякого рода внешним воздействиям. Ширина полосы изменения резонансной частоты не более 50-100Гц. В аналоге никаких математических преобразований не делаю, работаю полностью с цифрой. Из аппаратной части имею: DSP, FPGA, DAC, ADC. DDS реализован в ПЛИС, разрешение по частоте – 2,3мГц, но при реализации ФАПЧ возникли вопросы.
Как оптимально можно реализовать цифровой ФАПЧ, а именно фазовый детектор сигнала приходящего с АЦП и цифрового, с выхода DDS, используя премудрости ЦОС? Есть ли смысл работать полностью с аналитическим сигналом, реализовывать FFT? Какие блоки стоит использовать в FPGA, а что поручить DSP? В ЦОСе серьёзно я только начинаю разбираться, так что не пинайте.

Рекомендую залезть на сайт www.analog.com посмотреть на аппноуты и DS по микросхемам ФАПЧ, цифровая ФАПЧ там неплохо описанна, там-же можно скачато програмку симуляции в общем для начала - то что доктор прописал, а остальное в книжках по обработке сигналов.
Посмотрите еще книжки с сайта lord-n.narod.ru.

Почитал, все описано в общих чертах, но когда начал копать глубже - стало ещё больше вопросов.

В общем выбрал следующую схему: АЦП работает на частоте 50Мгц, на сверхдискретизации, полоса полезного сигнала до 30Кгц - 1 Мгц, далее в FPGA сигнал перемножаю с sin/cos состовляющими с DDS, потом сигнал с двойной частотой нужно отфильтровать с последующей децимацией до 2-х Мгц. Тут возникли сложности, сделать узкополосный FIR в лоб неполучается, очень уж большой порядок. В общем немогу понять как такие вещи вообще делают, вроде бы как стандартный приём.

Есть вопросы:
1) 30КГц - 1Мгц - это абсолютные частоты или отстройка от некоторой несущей?
2) Если это абсолютные частоты, то зачем частоту дискретизации брать 50МГц?
Я смотрю, Вы в другой ветке уже вовсю пытаетесь решить непростую задачу - сделать DDC на FPGA. Хочется попытаться понять, к чему такие сложности. Там в DDC Вы пытались сделать полосу 2МГц, но зачем, когда сами пишите, что диапазон изменения резонанса - 50-100Гц, т.е. для ФАПЧ Вам нужна полоса ~200Гц. Ваша задача очень напоминает измерительный прибор под названием Vector Network Analyzer, поищите в интернете по этим ключевым словам и найдете очень много полезной информации. Советую начать искать с www.agilent.com - они очень любят писать всякие фундаментальные статьи.

Большое спасибо за ответ!

Абсолютные, своего рода несущая, реально отсройка получается +/-100Гц.
Там просто кварцы разные.


Дискретизация такая выбрана чтобы потом осуществить децимацию, хочется по максимуму выжать точность. Да и АЦП уже были в наличие AD6644. Дискретизация в 50Мгц выбрана для несущего сигнала 1Мгц, также хочу расчитать все фильтры и остальные цепи. Просто потом для любой другой несущей можно пропорционально снижать тактирование всех цепей. Насчет ширины полосы 200Гц - вы правы. Вся задача сводится к реализации конвертера частоты вниз - т.е. свести несущую в 0 и иметь сигнал фазы в чистом виде. Т.о нужно убрать двойную частоту после умножения. Спасибо за подсказку про Vector Network Analyzer, сам бы я никогда не нашёл бы. Насчет сложностей, соглашусь, возможно мною был выбран не самый оптимальный вариант, поэтому я, с признательностью, выслушаю предложения по теме.

Ну можно децимацию делать CIC-фильтрам (0 умножителей, любой коэффициент децимации).

А насчет выжимания максимума - не нужно это. Для реальных задач передискретизации раз в 8 уже заглаза. Реально все работает и на частотах найквиста.

Более высокая частота дискретизации в данном случае будет выгодна, только тогда, когда собственные шумы квантования АЦП в полосе Найквиста будут больше чем шумы предварительного усилителя в полосе ФАПЧ (200Гц). Тогда за счет сужения полосы мы повысим динамику за счет уменьшения шумов квантования АЦП (получится практически аналог Сигма-Дельта АЦП).
Говоря про векторный анализатор цепей, я намекал на то, чтобы от системы ФАПЧ с ее очень сложным расчетом устойчивости, перейти на схему, когда DDS постоянно свипирует в некотором диапазоне частот, а после АЦП векторно детектируется (делится на квадратуры) и анализируется. Причем диапазон свипирования выбирается в зависимости от того, что мы делаем: либо осуществляем поиск, либо следим за резонансом.

Спасибо, что просвятили, думаю что шум квантования АЦП действительно будет больше чем усилителя, точно прикинуть пока немогу во сколько раз. Я так понимаю чтобы выиграть 2 бита дополнительно мне нужна сверхдискретизация в 8 раз? Спасибо за идеи.


У меня немножко другой алгоритм, я постоянно нахожусь в резонансе, и отслеживаю изменения фазы и частоты, во время того как кварц подвергается мех. воздействиям. Скорее похоже на частотную демодуляцию наверное...

А Вы случаем не систему обратной связи городите для микроскопа ? Что-то очень похоже .... Если да, то Вы собираетесь делать как у нас обычно принято - через одно место. Если нет, то извиняйте, обрисуйте задачу поконкретней, может чем и помогу.

В общих чертах да, для микроскопа. Можно по конкретней, про "одно место" Тут правда задача более широкая, применятся должно не только в микроскопе.

Контору назовите, в которой работаете. Я подумаю. Не хочется помогать НТ-МДТ или их осколкам. И четко опишите датчик и схему его включения. Вряд ли Вы изобрели что-нибудь, чего я не знаю, так что в секретность не надо играть, если хотите помощи.

Насчет работы смотрите в ЛС. Датчиком может являться Tuning Folk на 32768Гц, так же кантеливер с резонансом до 1Мгц, либо кварц. В общем случае это 2 разные задачи. Там где кантеливер и кварц - сканирование не нужно, используется только оптическая схема.

Как Вы собираетесь снимать сигналы с TF и кварцевого датчика ? С кантилевера мне понятно. Вы представляете себе ускорения на поверхности кварца с частотой в 1 Мгц ?

Управление сканированием микроскопа с обратной связью кантилевер-лазер и TF-зонд принципиально разные. Пытаться это все загнать в одну универсальную систему - искать себе проблем.

Какие статьи Вы читали про датчики с TF ?

Спасибо за ответ.

Сигнал с TF - токовый усилитель готовый модуль от Femto полоса пропускания 40Кгц, усиление 10^7, с кварцем наверное также, насчет ускорений с кварца - не представляю, думаю большое . Честно говоря, мне нет нужды особо в физику датчиков лезть, просто сказали сделать что бы можно было сигналы до 1Мгц обрабатывать, отслеживать изменение частоты до 200Гц...Сказали на выходе нужно иметь сигнал изменения фазы, частоты, забыл кстати сказать что ещё нужно амплитуду на выходе держать постоянной, так что и ёё тоже надо выводить, но это уже другая задача.


Там где кантеливер-лазер - сканирования не будет. Это упрощает задачу. А TF - я примерно представляю. Насчет универсальности - должно быть 2 разных прибора, 1 софт для кантеливеров, другой для TF. В сущности прибор делается не для серии, а для "физика" в лабораторию. Один я серийный прибор не осилю.


Да в принципе никаких, так на словах объяснили. Я вообще не знаю где подобные статьи можно достать. Вообще говоря, в этой тематике мне приходится все делать с 0. Кроме как здесь, ну и пожалуй в гугле, мне помощи искать неоткуда.

Сообщение отредактировал stoker - Oct 15 2007, 14:48

При таком раскладе мой совет следующий - для TF купить у нас готовую систему вместе с аналоговй частью по дилерской цене. Сами не справитесь с вероятностью 99%. И по заданию видно, что система будет нерабочая.
Для кантилевера имеет смысл DDS + аналоговый синхронный детектор, поскольку главное преимущество цифровой обработки здесь не сыграет, а шумов и сложностей Вы наберете. Для пластинчатого кварца все равно, что делать, так все настолько кально, что до разбора Вашей электроники у заказчика руки не дойдут.
Систему обратной связи по Z вы тоже для TF собираетесь делать не имея никакого опыта ? Я Вам тогда могу только посочувствовать, если придется сдавать работающую систему с эксперименатми с зондами стоимостью по 100 баксов - как раз будет 100 баксов/скан.
А вообще в этом деле физики, механики и теории управления горазбо больше, чем электроники. И проблемы лежат в этих плоскостях. Так что Вы зря игнорируете изучение литературы.