Время установления в ФАПЧ с пропорционально-интегрирующим фильтром Опции

[Vitaly_K]

Положим, что в системе ФАПЧ с полосой удержания, к примеру, 10 МГц, исходя из каких-то соображений, включен ПИФ с параметрами, показанными на фрагменте ‘A’. Для упрощения вопроса, будем считать, что никаких других фильтрующих звеньев в системе нет, и она абсолютно устойчива. Затем увеличили полосу удержания в 10 раз, до 100 МГц и изменили параметры фильтра, как показано на фрагменте ‘B’. Отношение R2/(R1+R2) уменьшилось в 10 раз. Казалось бы, полоса пропускания ФАПЧ осталась прежней, или около того, а что при этом произошло с инерционностью системы? Увеличилось ли время установления частоты? Во сколько раз?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[тау]

а что при этом произошло с инерционностью системы? Увеличилось ли время установления частоты? Во сколько раз?

так у Манассевича все формулы на эту тему есть в табл 4.3 (старое издание) "Ошибка при переходном процессе е(t)петли Фапч 2-го порядка " , можно посчитать , задавшись временем установления и разными коэффициентами затухания при изменении R1

[Vitaly_K]

так у Манассевича все формулы на эту тему есть в табл 4.3 (старое издание) "Ошибка при переходном процессе е(t)петли Фапч 2-го порядка " , можно посчитать , задавшись временем установления и разными коэффициентами затухания при изменении R1

Видел эти формула и не только у Манассевича. Только вот беда – не понимаю я их и не умею ими пользоваться. Мне бы что-нибудь попроще. Не будете ли Вы столь любезны, не сделаете ли расчёты для приведенных мной примеров? Был бы очень Вам благодарен за это.

[тау]

По исходным данным первого поста выходит что С=5nF рояли не играет . Очень велик коэффициент затухания для системы второго порядка. Таким образом все вырождается в первый порядок, то бишь без фильтра , несмотря на наличие С как схемного элемента (для простоты его можно представить как КЗ при параметрах указаных выше) . Вы расширяете полосу удержания в 10 раз (скажем через крутизну VCO) и уменьшаете во столько же раз коэффициент делителя напряжения R1..R2 , при этом для первого порядка ничего существенно не меняется - переходной процесс остается таким же как и был , без выбросов и описывается ошибкой по формуле ϴвых=ϴ(вх)*(1-e^(-Kpd*Kvco*t) ).
Следует уточнить , что если Вы действительно расширили полосу удержания в 10 раз (с учетом изменения R1 в 10 раз, например увеличив Kvco в 100 раз, то переходной процесс апериодического характера просто сократится в 10 раз и все.

всё в предположении что N (делитель частоты в ОС) не сильно отличается от 1-цы. и в предположении что рассматривается процесс без выхода из линейной зоны работы ФД.

Сообщение отредактировал тау - May 28 2013, 11:05

[Vitaly_K]

По исходным данным первого поста выходит что С=5nF рояли не играет . Очень велик коэффициент затухания для системы второго порядка. Таким образом все вырождается в первый порядок, то бишь без фильтра, несмотря на наличие С как схемного элемента (для простоты его можно представить как КЗ при параметрах указаных выше).

Спасибо за ответ. Если согласиться с вашей моделью, когда ёмкость игнорируется, и вместо неё – перемычка, то, конечно же, так и будет: никакого отличия в переходных процессах. И наверняка ваша модель правильная. Но хотелось бы понять физический смысл такого явления. Ёмкость всё-таки присутствует, и она должна зарядиться или же разрядиться до какого-то уровня, соответствующего новому значению частоты. Как это могло произойти за одно и то же время, если постоянная времени заряда-разряда изменилась в 10 раз?

[тау]

Но хотелось бы понять физический смысл такого явления. Ёмкость всё-таки присутствует, и она должна зарядиться или же разрядиться до какого-то уровня, соответствующего новому значению частоты. Как это могло произойти за одно и то же время, если постоянная времени заряда-разряда изменилась в 10 раз?

емкость не успевает перезарядиться за время столь короткого переходного процесса. Постоянная времени t1 изменилась , но значение постоянной времени t2= R2*C настолько велико, что пока C перезаряжается (еле-еле) , основной переходной процесс минимизации ошибки уже завершен , благодаря очень большому петлевому усилению на высокой частоте.
Да, после завершения "быстрого " переходного процесса останется некоторая мелкая фазовая ошибка , которая потом медленно и печально за время t2 съедет почти к нулю (грубо говоря). Это все не касается переходных процессов с выходом ФД из линейного режима, при которых ,например, ограниченный ток с выхода ФД не сможет создать нужное падение ∆U на R2 и емкость медленно будет заряжаться до требуемого уровня. да и то не всегда (срыв захвата) , при ЧФД - всегда , с известными ограничениями. Не путайте напряжение на С с "уровнем, соответствующим новому значению частоты" .Это разные вещи в линейном режиме ФД. Следует принимать во внимание напряжение на С и R2 при протекании тока через R2.

Как это могло произойти за одно и то же время, если постоянная времени заряда-разряда изменилась в 10 раз?

Здесь интересна величина постоянной времени которая не изменилась = R2*C, а вот то что вы R1 увеличили, но добавили петлевого усиления - так второе компенсировало первое ( в линейном режиме) и даже перекомпенсировало, если 100 МГЦ вместо 10-ти

[Vitaly_K]

емкость не успевает перезарядиться за время столь короткого переходного процесса. Постоянная времени t1 изменилась , но значение постоянной времени t2= R2*C настолько велико, что пока C перезаряжается (еле-еле) , основной переходной процесс минимизации ошибки уже завершен , благодаря очень большому петлевому усилению на высокой частоте.

Спасибо, надо подумать, возможно, что-то и пойму.

[тау]

Чтобы проще было понять, попробуем заменить ГУН на интегратор напряжения (гун - это интегратор фазы) , а фазовый детектор на схему вычитания напряжений с коэфф=1

тогда можно легче представить что и как происходит с номиналами ПИФ и крутизны интегратора .
Во втором случае крутизна интегратора в 100 раз выше.

Сообщение отредактировал тау - May 28 2013, 21:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Vitaly_K]

Давайте пока отклонимся от физического смысла и посмотрим пример моделирования в ADIsimPLL (см. приложенный рисунок). Выбран простейший пример с похожим на наш фильтром. Правда, там резистор R1 в явном виде отсутствует, но есть какой-то его эквивалент, скрытый в чипе. Полоса пропускания ФАПЧ задана 2,5 кГц. Два случая крутизны ГУН: 1 МГц/В и 10 МГц/В. Как показывают результаты моделирования, время установления частоты в обоих случаях примерно одинаково.
Вопрос. Что происходит в ЧФД, в результате чего видны довольно большие выбросы в переходном процессе? Не приведёт ли это к каким-то нежелательным последствиям? Например, при ЧМ. Если даже ЧМ всего лишь со скоростью 500 Гц (1кБд), то выбросы занимают значительную часть длительности элементарной посылки. Какова величина этих скачков по отношению к девиации частоты? Возможно, их относительная величина не такая уж и большая, и ничего страшного в этом нет?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[тау]

Полоса пропускания ФАПЧ задана 2,5 кГц. Два случая крутизны ГУН: 1 МГц/В и 10 МГц/В. Как показывают результаты моделирования, время установления частоты в обоих случаях примерно одинаково.

тут нет ничего удивительного, увеличили крутизну ГУНа в 10 раз , и изменили все номиналы ПИФа тоже в 10 раз - в итоге произведение их передаточных функций осталось неизменным. Время установления тоже. В предыдущем примере если коэффициент интегратора увеличивать не во 100 раз а в 10 , то с учетом даже того что не все элементы ПИФ изменились в 10 раз - время установления будет примерно такое-же как и до изменения.

Вопрос. Что происходит в ЧФД, в результате чего видны довольно большие выбросы в переходном процессе?

так это выход из линейного режима работы ЧФД наблюдаем. Модулировать ЧМ таким способом некошерно.

ADIsimPLL (см. приложенный рисунок). Выбран простейший пример с похожим на наш фильтром. Правда, там резистор R1 в явном виде отсутствует, но есть какой-то его эквивалент, скрытый в чипе.

в Пиф 3 элемента для второго порядка . у вас 2 резистора и 1 конденсатор - здесь 2 конденсатора и 1 резистор. У Вас выход ФД по напряжению подразумевался - а здесь выход по току. До частоты сравнения у них произведение передаточных функций ФД и ПИФ имеет одинаковый вид. После частоты сравнения у ФД с токовым выходом меньше гармоник частоты сравнения - чище спектр.

Сообщение отредактировал тау - May 29 2013, 08:22

[Vitaly_K]

так это выход из линейного режима работы ЧФД наблюдаем. Модулировать ЧМ таким способом некошерно.

А как надо модулировать?

[тау]

http://www.tusur.ru/filearchive/reports-ma...9-1-1/30-35.pdf

http://www.rfdh.com/ez/system/db/lib_jnl/u...Synthesizer.pdf

http://rfdesign.com/images/archive/0200Rosemarin24.pdf

[Vitaly_K]

http://www.tusur.ru/filearchive/reports-ma...9-1-1/30-35.pdf

http://www.rfdh.com/ez/system/db/lib_jnl/u...Synthesizer.pdf

http://rfdesign.com/images/archive/0200Rosemarin24.pdf

Правильно ли я Вас понял, что прямую угловую модуляцию (посредством управления коэффициентом деления) в синтезаторах на ФАПЧ не применяют? Нельзя ли более подробно об этом - почему? Если её используют для компенсации помех дробности (дельта-сигма модуляция в синтезаторах Frac-N), то почему не применить и в информационных целях?

[тау]

Может быть и применяют, особенно для некоторых частных случаев вполне может подойти, я не знаю этого достоверно. Но выход за пределы линейных участков ФД всегда будет чреват побочными (несигнальными) составляющими в спектре. Кому то это возможно не покажется недостатком.
А компенсация помех дробности всегда делается на линейном участке ФД , причем специальными мерами выбирают самый линейный узенький участочек и там подмешивают, иначе шум растет. Хотя опять-же ,это возможно не во всех фапчах, а только в некоторых.

[Vitaly_K]

Может быть и применяют, особенно для некоторых частных случаев вполне может подойти, я не знаю этого достоверно. Но выход за пределы линейных участков ФД всегда будет чреват побочными (несигнальными) составляющими в спектре. Кому то это возможно не покажется недостатком.
А компенсация помех дробности всегда делается на линейном участке ФД , причем специальными мерами выбирают самый линейный узенький участочек и там подмешивают, иначе шум растет. Хотя опять-же ,это возможно не во всех фапчах, а только в некоторых.

По поводу линейности характеристики ЧФД. Кто-то ж наверняка её измерял, и где-то ж должны быть опубликованы эти результаты. Не встречали?

[тау]

Кто-то ж наверняка её измерял, и где-то ж должны быть опубликованы эти результаты. Не встречали?

давно не сталкивался. Для ЧФД условно линейная в интервале ±2pi с мелкой и противной зюкой в самой середине.

[SmarTrunk]

с мелкой и противной зюкой в самой середине.

Так вроде заявлено, что с этим поборолись, введя небольшую задержку в цепь сброса триггеров ЧФД. Результат - при равенстве фаз импульсы на выходах ЧФД не пропадают полностью, а продолжают быть, только короткие (длительность определяется величиной задержки), и "мертвой зоны" нет! AD так пишет про свои микросхемы PLL. Хотя для других микросхем это может быть и не так, особенно для старых.

[Vitaly_K]

Во-первых, мы фактически съехали с темы о быстродействии с ПИФ и перешли к импульсному ЧФД.
Во-вторых, на этом форуме есть отдельная тема о ЧФД в сравнении с ФД на RS-триггере (http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=105565&hl=Vitaly_K&st=45), и потому предлагаю перейти на неё. Так что пишу туда и жду откликов, если кому будет интересно продолжить разговор по этой теме.

[тау]

Так вроде заявлено, что с этим поборолись, введя небольшую задержку в цепь сброса триггеров ЧФД. Результат - при равенстве фаз импульсы на выходах ЧФД не пропадают полностью, а продолжают быть, только короткие (длительность определяется величиной задержки), и "мертвой зоны" нет! AD так пишет про свои микросхемы PLL. Хотя для других микросхем это может быть и не так, особенно для старых.

врут.
"до конца" не поборолись и в середине фазовой характеристики обычно присутствует излом или 2 излома . Первый связан с тем что в плечах стоят не совсем одинаковые генераторы токов , и это обусловливает разную крутизну этих плеч. Правда Хиттайт дает возможность индивидуально "подстраивать" эту крутизну по желанию разработчика. Второй изломчик может быть из-за недостаточного быстродействия токовых ключей у плечей чарч пампа. На малых длительностях , порядка времени сброса триггеров, коэффициенты для тока тоже меняются , образуя участок с меньшей крутизной. Для любителей оптимизировать этот участок иногда предлагают программируемое пользователем время общего сброса триггеров. Это время также влияет и на шум.