Уважаемые форумчане!
Разъясните, пожалуйста, следующий момент.
В MWJ за апрель 2008 года была опубликована статья "A Self-offset Phase-locked Loop" Bogdan Sadowski
Так вот там предлагается схема синтезатора с автооффсетом, реализованном на двух делителях частоты с коэффициентами K и L.
Делители стоят в в кольце синтезатора в параллель и замешиваются в него через смеситель.
Собственно вопрос: действительно ли такая схема дает улучшение по фазовым шумам при определенных значениях K и L?

Смотря с чем сравнивать. The self-offset loop – по сути, довольно оригинальная реализация дробного делителя, коэффициент деления которого определяется как KL/(K+-L). Поэтому, если сравнивать с целочисленным синтезом, то да, на отдельных частотах можно получить выигрыш за счёт использования более высокой частоты сравнения. К сожалению, таких частот не так уж и много и выигрыш не кардинальный, т.к. делитель в петле всё-равно остаётся Но, может, как раз, это и подойдёт к Вашим требованиям, посчитать частоты и коэф. деления просто. Кстати, если есть серьёзный интерес именно к этой схеме, могу состыковать Вас с Богданом, чтобы обсудить детали непосредственно с первоисточником.

Так как, смотрю, основное общение идет в этой ветке, то думаю здесь мой вопрос будет к месту.
Не так давно поднимал тему про wideband PLL, но в связи с катастрофическим отсутствием времени на полноценное общение, так все и остановилось на начальных нескольких вопросах.
Собственно к самому вопросу:
имея широкополосный VCO (один или несколько) и PFD чем в общем случае может быть ограничена полоса захвата? Ведь обязательно найдутся такие состояния из которых PFD уже не вытянет, VCO чтобы произошел захват частоты. (что кстати и наблюдаю на практике). Порывшись в литературе по системам фазовой синхронизации полного ответа так и не получил, хотя в одной из книг рассматривался цифровой PFD где утверждалось, что полоса захвата ограничена возникновением предельного цикла, который в свою очередь зависит от формы характеристики регулирования PFD. Но так как синтезаторы лишь часть чем приходится мне заниматься, то и чтение книг ограничилось беглым просмотром (учитывая, что работа ФАПЧ рассматривается на основе Марковских процессов и решения стохастических диффуров. ).

А на практике имею простой однопетлевой синтезатор: два VCO , управляющие входы параллельно, выходы через switch на PFD. И при включении, почему то, захват происходит только на одном VCO. Причем если попытаться сразу при включении выставить частоту работы второго VCO, то захвата нет и PLL уводит VCO куда-то в непонятную область. Хотя если получить захват частоты на первом VCO, а потом переключится на второй, то все нормально - захват есть во всем диапазоне работы двух VCO.

Вот отсюда и возникает вопрос, какие все-таки есть особенности при проектировании PLL с использованием VCO имеющем октавную перестройку частоты?????????
или же действительно полоса захвата PFD бесконечная и при использовании октавных VCO ни каких проблем в принципе быть не должно???

Автор утверждает, что фазовый шум внутри кольца ФАПЧ в токой схеме улучшается пропорционально отношению 20log [x/(K+x)], где x=L-K. Например, использование делителей L=20 и K=19 должно привести к улучшение фазовых шумов в кольце ФАПЧ на 26дБ.
Не совсем понятно за счет чего происходит такое улучшение (не указано что улучшается)?


А у ваших VCO крутизна одинаковая? Если нет то вы это учитываете в кольце ФАПЧ?

Да, крутизна характеристики используемых VCO примерно одинаковая

PFD всегда вытянет, если сигнал на входе правильный (одночастотный). Как быстро вытянет- это второй вопрос.

Проблема называется- вторая гармоника VCO и изменение чувствительности прескалера по диапазону или нерассчетный режим VCO. Т.е обязательно перед замыканием петли просмотреть при free running vco спектр VCO и спектр на выходе прескалера, при этом загоняя VCO во все возможные состояния, в том числе и за реальные рабочие диапазоны, т.е до предела,который допускает схема управления VCO- предел по питаниию например или по "рельсе" операционника. На таких пределах VCO может вообще не генерить или генерить черти что (при напряжениях на варикапах около 0 или вообще при открытых в прямом направлении варикапах. Понятно, что захвата в этом случае небудет.

если FPFD работают по цепи обратной связи в диапазоне частот и мощностей всех ГУНОВ, KVCO у всех примерно одинаковый (при непереключаемом фильтре PLL) , "switch на PFD" работает правильно , без заметных пролазов от соседних VCO, то проблем с захватом быть не должно.

Вот это странно . И куда ж уводится VCO ? что при этом с сигналом от VCO идущим на FPFD ? а если отключить питание первого VCO - захват произойдет ?

попробую проверить с разорванной петлей что на входе PFD делается при макс. и мин. значении выхода OPAMP ...




VCO уводится вниз по частоте, причем сигнал на его выходе присутствует. Питание VCO коммутируемое (если включен один то автоматически выключен другой). Причем в командах управления, чтобы все успело переключится, введена задержка при переходе от одного VCO к другому.
Повторюсь, что если захват произошел, то все в порядке, имеем то что хотим иметь: захват на всех рабочих частотах VCO в интересующем нас диапазоне.
В принципе проблему так сейчас и решил, при включении принудительно выставляю частоту на которой захват происходит без проблем, ну а дальше все более менее работает.
Но, !!!!!!! вопрос все таки остался - почему же захват все таки при включении происходит не на всех частотах работы VCO,
вот я и озадачился вопросом чем все таки физически может быть ограничена полоса захвата PFD???

Спасибо, теперь ясно, что Вы имели ввиду. Осталось только уточнить, что проплешину 6-8 ГГц закрываем 12-18 ГГц, делённым на 2.
А то я тут октавниками увлёкся от Synergy, теми, что из серии YIG replacement, но пока не умножал и не делил, просто оптимизирую шумы и спуры, играюсь с током CP PFD на HMC700. Построил на DCYS300600-5 одноконтурную ФАПЧ с шагом 10 МГц в целочисленном режиме, затем решил скомбинировать в таблице управления целое и дробное деление для разных частот (время перестройки позволяет): для выходных частот, кратных 50 или 100 установил соответствующие частоты сравнения при целом N, для остальных - 100 МГц с дробным N. Можно ли всё время переключать частоту сравнения PFD с 50 на 100 МГц и наоборот, или же она должна быть постоянной???

Я в теории пока слаб, но на практике уже убедился, что проблем быть не должно. Проблема с гармоникой не возникла, так как на радиовход ФАПЧ подавал сигнал с ГУНа на уровне -15 - -20 дБ, можно прикинуть, какова при этом была вторая гармоника. Управляющую характеристику ГУНа компенсирую током CP, хотя остался при своём мнении: в широкополосных (более одной октавы) ФАПЧ, построенных на двух и более ГУНах, этого недостаточно, нужно переключать полосу фильтра. Мнение своё пока списываю на наитие, обосную потом, если подтвердится верность предположения. Но ЖИГов по теории эта проблема не касается.

наверное лучше не вспоминать про PFD, там свои заморочки с полосой захвата, а у Вас наверняка конкретно стоит FPFD. чисто в теории он не ограничен по полосе захвата. Физически возможно какие-то недостатки встроенного/внешенего прескалера - по гармоникам ему почему-то ловчее работать чем по основному тону (тем более что частота VCO вниз уходит). Причина - мож. с разводкой что , несогласованность.



Практически частое переключение R предделителя не использовал, но в лабораторных условиях для 700-го никаких проблем не вызывает, все работает.

Сообщение отредактировал тау - Jan 28 2011, 13:42

Переключение R при фиксированной выходной частоте влияет на устойчивость. Надо эа этим следить.

Не соглашусь. Конечно для петли с предустановкой ЦАПом и смесителем на гармониках это не актуально, а для петли с прескалером- проблема в полный рост. Вот лежит пОциент на столе- диапазон 2.3-7 ггц. Пришлось два прескалера ставить и два направленника. Иначе была такая точка, где прескалеры считали и основную и вторую гармонику и на выходе прескалера- непонятная чехарда импульсов. Захвата петли соответсвенно нет. У этого эффекта был довольно узкий диапазон- мегагерц 200 всего по ширине. Это к тому, что теория- хорошо, а практика - иногда сюрпризы преподносит.

в кривых по характеристике Гунах , наприм HMC588 приходится в HMC702 менять и ток СР в 4 раза и его смещение в фракциональном режиме "на лету", для красивости. Иначе, как Вы говорите, устойчивость "того", особенно некрасиво с включенным CSP режимом, если этого не предусмотреть.

Сообщение отредактировал тау - Jan 28 2011, 16:16

Вот это уже ближе реали...
может и у меня проблема не с PFD, а с прескалером !!!!!!!
надо будет посмотреть, что у него на выходе делается во временной области.......

Сообщение отредактировал YuriyMatveev - Jan 29 2011, 16:36

Всё уже, в принципе, обговорили, давайте вместе обобщим, на что нужно обратить внимание при проектировании широкополосной ФАПЧ.

1. PFD/Prescaler
PFD можно смело использовать, нужно лишь проверить все граничные режимы. Например, в ADF4106 частота на входе PFD не должна превышать 104 МГц, а частота на выходе dual-modulus прескалера ~300 МГц. Т.е. если Ваш выходной сигнал более 2.4 ГГц – нельзя использовать 8/9 core, надо переходить на 16/17. При этом нужно проверять не макс. рабочую частоту, а макс. частоту генерации ГУНа, куда он может ненароком попасть. Далее нужно проверить, реализуем ли требуемый коэффициент деления. Например, для 16/17 core, мин. continuous коэф. деления будет 16х15=240, а некоторые меньшие значения могут вообще отсутствовать. Ну, и не стоит забывать проверить уровень сигнала на входе прескалера! При низких сигналах он становится нестабильным. Всё это достаточно тривиально, однако, требует внимания.

2. Гармоники
Иногда гармоники на выходе ГУНа могут быть проблемой, т.к. искажают синусоиду и могут перебрасывать логику (например тот же делитель) более 1 раза за период. В частотной области это выглядит, как 2 сравнимых по амплитуде сигнала приходят на вход делителя, и он не может решить, какому сигналу отдать предпочтение. Результатом может быть и нормальная работа, и генерация на удвоенной частоте, и что-то между ними – т.е. ФАПЧ становится нестабильной. Для правильной работы обычно требуется, чтобы основной сигнал превышал уровень гармоник на 10 дБ (я требую от своих инженеров мин. 15). На практике это, обычно, проблем особых не вызывает.

3. Расчёт фильтра ФАПЧ
Следует иметь ввиду, что коэфф. деления в петле, а также Kvco могут изменяться в довольно широких пределах. Поэтому, если посчитать ФАПЧ только лишь в середине раб. диапазона, то может так получиться, что на краях ФАПЧ будет нестабильной. Поэтому расчёт нужно делать как минимум в трёх точках, причём минимум и макс. должны соответствовать мин/макс возможным частотам ГУНа, а не требуемого рабочего диапазона. Если Kvco имеет перегиб своей характеристики, то кол-во точек в расчёте, соответственно, следует увеличить. Задача – получить требуемые характеристики во всём диапазоне, например, путём изменения Rset, формирования нужной передаточной характеристики операционника, переключения R,C элементов в фильтре и т.д.

4. Использование нескольких ГУНов
В принципе, особой разницы здесь нет. Использование нескольких ГУНов даже предпочтительнее, т.к. узкополосные ГУНы будут иметь лучшие шумы и меньший перепад Kvco (кстати, с гармониками тоже проще - добавим каждому ГУНу по LFCN-у на выходе и нет проблем). Однако, следует исключить взаимное влияние ГУНов (утечка RF с неиспользуемого в данный момент ГУНа, шунтирование tuning line и т.д.).

5. Оп. усилитель
Следует проверить, чтобы оп. усилитель смог выдавать необходимое мин/макс напряжение на tuning port ГУНа.

6. Миксер
При введении миксера в петлю ФАПЧ (offset schemes) следует быть исключительно аккуратным, т.к. сигнал может оказаться не с той стороны гетеродина и ФАПЧ будет уводить ГУН в противоположном направлении, т.е. нужно менять полярность PFD. Возможно, придётся использовать какой-нибудь механизм начальной установки частоты (frequency acquisition).

Вроде всё? Если что забыл, просьба добавить. А вообще, во многих случаях результатом сбоя бывает какая-то глупейшая ошибка. Пример. Демонстрируем заказчику QuickSyn, работающий в list mode. List запускается сигналом триггера со внешнего функционального генератора. Измеряем скорость переключения частот, получается какая-то ерунда – то работает, то нет, то время переключения выходит за пределы спецификации. Извиняемся, приносим ещё образец – новенький, уже протестированый. Вроде заработал, а потом опять начинается та же ерунда. Вот так долго маялись, пока кто-то не заметил, что сигнал функц. генератора кто-то с прямоугольного переключил на синусоиду. Потом долго смеялись, а тогда было совсем не до смеха.




Уважаемый Green Smoke!
Извините за мой весьма поверхностный предыдущий ответ, постараюсь ответить подробнее (теперь уж извините за возможно излишние детали). Я согласен, что некоторые выводы Богдана выглядят чересчур оптимистично. Действительно, можно легко придумать пример, когда макс. коэф. деления будет меньше, чем Fвых cинт/Fвх дет. И что, шумы опоры будут переносится вверх с ухудшением меньше, чем 20logN? Поэтому вполне уместен вопрос, что улучшается – шумы опоры, или шумы фаз. дет., или шумы делителей? Т.е., конечно, нужен более серьёзный анализ схемы. Не хотите попробовать?
Я рассматриваю ценность схемы в плане использования более высокой частоты опоры (сравнения) за счёт реализации дробного коэффициента деления. Поясню на примере. Допустим (гипотетически) имеется опора 10 МГц и требуется синтезировать сигнал на 119 МГц.

Вариант 1 – классическая целочисленная ФАПЧ.
Делим опору на 10 и подаём на ФД. Т.е. Fвх=1 МГц. В петле используем делитель с N=119. Ухудшение шумов:
20log(Fвых/Fвх)=20log119=41,5 дБ.

Вариант 2 – offset loop (чтобы не было разночтений – см. ниже рисунок)
A=17, B=7, Fвх=10
Т.е. теперь мы можем использовать нашу опору непосредственно на 10 МГц, а ухудшение шумов будет:
20log(Fвых/Fвх)=20log11,9=21,5 дБ.

 Example.PDF ( 232.62 килобайт ) Кол-во скачиваний: 498


Это всё сильно упрощенно, конечно; дальше надо смотреть шумы чего доминируют, шумы ФД растут с ростом частоты, улучшаются ли шумы опоры при делении на 10, что происходит на стыке делителей и т.д. и т.п. В общем, схема – не панацея, может использоваться лишь в некоторых благоприятных случаях, а, кроме того, и не достаточно проанализирована. Тем не менее, мне очень она понравилась, как весьма оригинальный способ реализации дробного делителя. Будет желание ”перетереть” теорию – пишите. Как я говорил, можем подключить Богдана, наверное, ему будет тоже интересно.

Сообщение отредактировал Chenakin - Jan 31 2011, 03:50