Тонкости ФАПЧ - вклад шумов опоры. Опции

[__Sergey_]

Привет всем!
У меня возник новый вопрос по надоевшей всем теме:
В опору ФАПЧа попадает "грязь" - явление часто встречающееся.
Результирующая реакция на это оказалась, для меня, неожиданной и катастрофической:
В пределах полосы фильтра обратной связи PLL "грязь" опоры умножаются на N^2 (по мощности, N-коэффициент умножения частоты), как и должно быть, но на границе полосы происходит полная жопа - "грязь" растет еще на 20db плюс к этому, а то и больше.
Я это проверял на разных схемах PLL - результат примерно один.
Системное моделирование показывает, что ничего такого не должно быть.
В чем причина?
С этим явлением я столкнулся, когда потребовалось делать быстро перестраиваемые PLL с полосой петли ~1МHz и более.
Малейшая наведенная "грязь" опоры на уровне за -100db выплывает на выходе в виде беды под -30db.

[VCO]

Аналогично, занимаюсь "быстрыми" синтезаторами, но с таким явлением не сталкивался (3-кратное тьфу!). Никогда пока не делал полосу фильтра более 250 кГц, кроме тех случаев, если делал опору на ФАПЧ (полосу всегда стараюсь выбирать по точке пересечения характеристик умноженного ГОЧ и ГУНа, если это возможно). Читал, что при полосе активного ФНЧ в единицы-десятки МГц начинают сказываться паразитные ёмкости и индуктивности и не всякий ОУ ведёт себя устойчиво именно на частоте среза (для этого он сам должен иметь довольно высокую частоту единичного усиления). С пассивными фильтрами с такими проблемами тоже не сталкивался даже на МегаГерцовых частотах.
Как я понял, грязь - это шумы, а не спуры. Тогда встречный вопрос: "А каким образом шумы попадают в опору?" Или это всё-таки спуры?

[ledum]

Мало информации. Хотя бы порядок частот выхода и опоры? какой синтез целый или дробный? Предположительные причины спуров в опоре? Может лезут в другом месте, не через опору. Вон в обсуждаемом на цкухаме Элекрафте К3 влепили в опору, кстати DDS-ную, лестничный фильтр на 2-х кварцах +-1.2кГц на 5МГц. Т.е. можно сначала побороть спуры в опоре, а потом, посмотреть - может и не она виновата. С внешней опорой есть ли палки? Я до сих пор - уже 3 года не могу найти причину появления палок на +-63кГц от несущей в нашем синтезе на L диапазон - нигде и близко таких частот нет, а палки стоят с уровнем где-то минус 80дБс. На куче разных синтезов и разных опор.
Ну и самое главное - какой порядок фильтра? Из учета, что фильтры выше второго потенциально неустойчивы, вроде, а выше третьего - абсолютно неустойчивы. Что не значит, что он загудит - надо четко отслеживать петлевое усиление. И симуляторы здесь часто глючат - грабли не показывают.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 7 2010, 06:39

[bakhmat]

Привет всем!
У меня возник новый вопрос по надоевшей всем теме:
В опору ФАПЧа попадает "грязь" - явление часто встречающееся.
Результирующая реакция на это оказалась, для меня, неожиданной и катастрофической:
В пределах полосы фильтра обратной связи PLL "грязь" опоры умножаются на N^2 (по мощности, N-коэффициент умножения частоты), как и должно быть, но на границе полосы происходит полная жопа - "грязь" растет еще на 20db плюс к этому, а то и больше.
Я это проверял на разных схемах PLL - результат примерно один.
Системное моделирование показывает, что ничего такого не должно быть.
В чем причина?
С этим явлением я столкнулся, когда потребовалось делать быстро перестраиваемые PLL с полосой петли ~1МHz и более.
Малейшая наведенная "грязь" опоры на уровне за -100db выплывает на выходе в виде беды под -30db.

У Вас активный фильтр? (Если полоса операционника недостаточна, то он внесёт дополнительный фазовый сдвиг, который Вы и увидите при измерении фазовых шумов)

[Dr.Drew]

Частота сравнения какая?

[__Sergey_]

Спасибо откликнувшимся!
Вот подробности:
Целочисленная PLL умножает на 32 опору 100МГц, частота сравнения 50МГц (половина опоры).
Полоса фильтра 1МГц, фильтр чиста-пассивный.
На выходе палки пролазят однозначно через опору, это не спьюры, а усиленные наводки.
Картина такая: на границе полосы наводки опоры усиливаются на 20db сверх ожидаемых ~36db.
При полосе фильтра 3 МГц, вообще было более 30db и в выходном спектре были видны "яйца" не от наводок, а просто усиленные шумы.
То есть усиление грязи опоры было под 60db!!! и на выходе были видны малейшие наводки на опору.
PLL был на AD4007 c VCO от Hittite.
Картина повторилась и на совсем другой схеме.
Беда проявляется тем сильнее, чем шире полоса PLL.

[ledum]

фильтр чиста-пассивный.

c VCO от Hittite.

А активный не пробовали? О Хиттайте время от времени проскакивают сообщения о повышенных токах утечки по входу управления. Они дают максимальный 10uA у hmc388lp4. Типовый не известен. Большинство же вообще ничего не дают.
При больших токах утечки могут проявиться спуры при пассивном фильтре.
Вообще-то странно. У меня почти Ваша ситуация. Опора 90, сравнение 45, выход - под 2.9ГГц на ROS, ADF4106, пассивный, с полосой под 0.5МГц - никаких чудес со спурами, кроме указанных выше 63кГц, но они нам не мешают.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 7 2010, 12:17

[Dr.Drew]

Регистры правильно грузятся? Номиналы фильтра правильные?

[YuriyMatveev]

когда-то возникали похожие проблемы при некорректном расчете ФАПЧ, думаю необходимо проверить запас устойчивости по фазе (в общем случае как системы автоматического регулирования)

[VCO]

Боюсь (по своему горькому опыту! ), что здесь, чтобы получить помощь от других, придётся выкладывать всё на чистоту: схему и ПЭ, плату, сборку, спектрограммы и мн. др. Или лабать самому, тоже дело далеко небесполезное (по своему сладкому опыту). Я думаю, что информация о том, что немногие участники форума сталкивались с Вашей проблемой - уже сама по себе важная информация. Значит, что-то у Вас не так!!! ИМХО, разумеется!

[Aner]

Согласен с YIG, схема, монтаж, разводка на плате многое могут сказать. Если можете выкладывайте все.

[ledum]

То автору темы. Проверьте все-таки компоненты на пересортицу. С ADF4007 надо очень постараться сделать неправильно, с учетом того, что у нее нет регистров (пин-программируемая, если это можно так назвать). Особенно если ФАП в захвате. Внимательно посмотрите эквивалентную схему именно Вашего Хиттайта. Там бывают приколы с емкостью - то 6.5пФ, то 75пФ. Какой ток перекачки установили резистором?

Сообщение отредактировал ledum - Sep 8 2010, 08:19

[KEL]

Сталкивался с анологичной проблемой. Связана она с ГУНами от Hittite. Как правильно подметил __Sergey_, у ихних ГУНов большой ток утечки по управляющему входу, и это прописано во всех даташитах. На мой взгляд может помочь активный фильтр. Я в своем случае применил другое решение, извеняюсь за ранее расказать не могу какое именно.

[VCO]

Сталкивался с анологичной проблемой. Связана она с ГУНами от Hittite. Как правильно подметил __Sergey_, у ихних ГУНов большой ток утечки по управляющему входу, и это прописано во всех даташитах.

Ну, вообще-то, это ledum подметил, а __Sergey_ даже не определился с видом помех в спектре сигнала: то это у него "палки", то "наводки", то "шумы", в общем ХЕЗ что такое! А по моему, высокий ток утечки влияет прежде всего на уровень спур, особенно в широкой полосе ФНЧ ФАПЧ.

На мой взгляд может помочь активный фильтр. Я в своем случае применил другое решение, извеняюсь за ранее расказать не могу какое именно.

Согласен, но надо при этом уточнить ОУ. На мой взгляд - лучше всего подойдёт OPA211: http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa211.html .
Если же активный фильтр схемотехникой не предусмотрен, то придётся сужать полосу. Или резать дорожки и повышать порядок фильтра.

[wjs]

Привет всем!
У меня возник новый вопрос по надоевшей всем теме:
В опору ФАПЧа попадает "грязь" - явление часто встречающееся.
Результирующая реакция на это оказалась, для меня, неожиданной и катастрофической:
В пределах полосы фильтра обратной связи PLL "грязь" опоры умножаются на N^2 (по мощности, N-коэффициент умножения частоты), как и должно быть, но на границе полосы происходит полная жопа - "грязь" растет еще на 20db плюс к этому, а то и больше.
Я это проверял на разных схемах PLL - результат примерно один.
Системное моделирование показывает, что ничего такого не должно быть.
В чем причина?
С этим явлением я столкнулся, когда потребовалось делать быстро перестраиваемые PLL с полосой петли ~1МHz и более.
Малейшая наведенная "грязь" опоры на уровне за -100db выплывает на выходе в виде беды под -30db.

Я как-то заметил что много чедес бывает когда adf-ам (да и другим синтезаторам) не хватает мощи на входе да и когда ее слишком много тоже не очень хорошо. Вот они там в даташитах пишут -20 дб, -25 дб, а у меня при -10 уже глючило. Вобще потерь по входу очень легко насабирать. Еще заметил что если гун от adf-а не развязан, то это тоже не слишком хорошо. А как-то раз ваще была какая-то загадачная зявязка по питанию. После того как поставил стабилизаторы точнехонько на 3 в и побольше кандеров, то все исчезло.

EVAL-ADF4007EBZ1 тоже может помочь

[__Sergey_]

Спасибо откликнувшимся!
Пока нет времени подготовить все картинки, чтобы обсудить ситуацию в деталях. Как сделаю, выложу в новой теме.

Коллеги, это не первый мой ФАПЧ и о многих факторах, как то утечка VCO, его входная емкость, я давно знаю.
Я проверял реакцию петли ФАПЧ на резкое изменения входной частоты - она такая, ка и должна быть, тоесть петля работает правильно, и захват происходит как на модели.
Повторюсь, что эта картина качественно наблюдалась на двух АБСОЛЮТНО РАЗНЫХ схемах.
Если я и где-то накосячил, то мое мировоззрение перевернется, как станет известно в чем косяк.


Здесь на форуме люди жаловались на чувствительность ФАПЧ к качеству питания и к внешним наводкам - это, похоже, та-же проблема, только по-другому проявляющаяся.

wjs: "Я как-то заметил что много чудес бывает когда adf-ам (да и другим синтезаторам) не хватает мощи на входе" - и это тоже следствие. Когда уровень опоры мал, то соответственно больше попадает шумов в опору, которые потом, усиленные, появятся на выходе.
Я повторюсь, проблема в том, что ФАПЧ, усиливает "грязь" опоры и прочие шумы сильно больше расчетного значения - не пойму почему.

В итого мне пришлось отказаться от идеи использовать широкополосный ФАПЧ.

[yusin]

.....
Я повторюсь, проблема в том, что ФАПЧ, усиливает "грязь" опоры и прочие шумы сильно больше расчетного значения - не пойму почему.
В итого мне пришлось отказаться от идеи использовать широкополосный ФАПЧ.

Поглядите Figure 5 из этой статьи - для широкополосной ФАПЧ, похоже так и должно быть,
бороться - только снижением шумов open loop VCO в дальней зоне.[attachment=47756:06b_2.pdf]

Прикрепленные файлы

 06b_2.pdf ( 153.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 230

 

[Master_MW]

Доброго времени суток, уважаемые коллеги. По долгу службы разрабатываю ИФАП - синтезаторы на Х и С - диапазоны с малым СПМ фазовых шумов на близких отстройках от несущей, в том числе строил ИФАПЧ умножитель частоты на ADF 4007.... Делюсь опытом - полоса удержания составляла несколько мегагерц, полоса захвата - около 300 МГц.... Работа шла в спарке с ГУН НМС507LP5E, регулятор - на двух операционниках AD829AR и единственная гармоника, присуствовшая в спектре - частота опоры 216 МГЦ, выходная частота - 6912 МГц (-81 дБ относительно несущей). (умножение на 32) Измерял устройство прибором N9030 jn Agilent Technologies. Касательно этой схемы - могу поделиться и схемой, и платой, и спектром выодного сигнала, графиком СПМ ФШ, фото готового устройства Обращайтесь, отошлю с работы Возможно, кому-то поможет

[VCO]

Доброго времени суток, уважаемые коллеги. По долгу службы разрабатываю ИФАП - синтезаторы на Х и С - диапазоны с малым СПМ фазовых шумов на близких отстройках от несущей, в том числе строил ИФАПЧ умножитель частоты на ADF 4007.... Делюсь опытом - полоса удержания составляла несколько мегагерц, полоса захвата - около 300 МГц.... Работа шла в спарке с ГУН НМС507LP5E, регулятор - на двух операционниках AD829AR и единственная гармоника, присуствовшая в спектре - частота опоры 216 МГЦ, выходная частота - 6912 МГц (-81 дБ относительно несущей). (умножение на 32) Измерял устройство прибором N9030 jn Agilent Technologies. Касательно этой схемы - могу поделиться и схемой, и платой, и спектром выодного сигнала, графиком СПМ ФШ, фото готового устройства Обращайтесь, отошлю с работы Возможно, кому-то поможет

Всё как-то непонятно. но всё равно спасибо. Шлите сюда: pmyto@mail.ru, если не жалко и не боитесь критического анализа!

[:-)]

И вот сюда тоже, пожалуйста: foster_the_1st@bk.ru

[rfserg]

Для Master_MW.
Очень интересно, пришлите пожалуйста на rfserg@mail.ru

Сообщение отредактировал rfserg - Sep 25 2010, 21:01

[Master_MW]

rfserg@mail.ru rfserg
foster_the_1st@bk.ru - :-)
pmyto@mail.ru - YIG (железо-итривый гранат, этот тип феррита имелся в виду?)
Хорошо, принял В понедельник вышлю, а все критическим замечаниям буду только рад, хотя бы потому , что это был опытный образец, сделанный, что назывпеется, на "коленке":)

[Green_Smoke]

Доброго времени суток, уважаемые коллеги. По долгу службы разрабатываю ИФАП - синтезаторы на Х и С - диапазоны с малым СПМ фазовых шумов на близких отстройках от несущей, в том числе строил ИФАПЧ умножитель частоты на ADF 4007.... Делюсь опытом - полоса удержания составляла несколько мегагерц, полоса захвата - около 300 МГц.... Работа шла в спарке с ГУН НМС507LP5E, регулятор - на двух операционниках AD829AR и единственная гармоника, присуствовшая в спектре - частота опоры 216 МГЦ, выходная частота - 6912 МГц (-81 дБ относительно несущей). (умножение на 32) Измерял устройство прибором N9030 jn Agilent Technologies. Касательно этой схемы - могу поделиться и схемой, и платой, и спектром выодного сигнала, графиком СПМ ФШ, фото готового устройства Обращайтесь, отошлю с работы Возможно, кому-то поможет

Будте добры и на этот адрес dim_etuсобакаrambler.ru

[bakhmat]

Доброго времени суток, уважаемые коллеги. По долгу службы разрабатываю ИФАП - синтезаторы на Х и С - диапазоны с малым СПМ фазовых шумов на близких отстройках от несущей, в том числе строил ИФАПЧ умножитель частоты на ADF 4007.... Делюсь опытом - полоса удержания составляла несколько мегагерц, полоса захвата - около 300 МГц.... Работа шла в спарке с ГУН НМС507LP5E, регулятор - на двух операционниках AD829AR и единственная гармоника, присуствовшая в спектре - частота опоры 216 МГЦ, выходная частота - 6912 МГц (-81 дБ относительно несущей). (умножение на 32) Измерял устройство прибором N9030 jn Agilent Technologies. Касательно этой схемы - могу поделиться и схемой, и платой, и спектром выодного сигнала, графиком СПМ ФШ, фото готового устройства Обращайтесь, отошлю с работы Возможно, кому-то поможет

А можете в теме выложить?

[tema-electric]

Добавлю каплю от себя ещё, хоть и не спец по ФАПЧ.
__Sergey_ Может ваш ФНЧ построен на низкокачественном пассиве? Особенно конденсаторы. Отсюда и эффекты неопознанные с нелинейным подтекстом и возможным проникновением акустики от ближайшего индуктора DC-DC на плате. Выход - пленка.

Другие версии, но на мой взгляд менее интересные:

1) перегрузка референсного входа частоты за счет добавления шумов, появление отражений и бросков по питанию в момент перегрузки.
2) плохая развязка по питанию и проникновение шумов в Charge Pump ГУН
3) кроссы на выходе ФНЧ

ПС: я бы первым делом оценил чистоту управляющего напряжения ГУН, авось там иголки какие проскакивають.

[Master_MW]

Простите, господа, немного приболел , пока на больничном..... Скоро оклемакюсь, и вышлю все , что обещал... Простите за задержку.

Да, выкладываю фото и характеристики другого генератора на 8 ГГц, сделан на фазовом детекторе HMC439QS16G, ГУН HMC508LP5E и двух делителях HMC365G8 и HMC394LP4... Задающий ГК87-ТС на 100 МГц... То , что получилось - мой личный рекорд на однопетлевой схеме... Если кого-то заинтересуют подробности - пишите))) Все картинки с анализатора параметров сигнала и фото устройства - в приложенном архиве.

Прикрепленные файлы

 _________.rar ( 3.51 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 271

 

[тау]

Желаю скорейшего выздоровления!

Можно вопрос ?
а зачем такая широкая петля PLL ? после 100K отстройки шумы на таком Гуне могли бы быть меньше. С точки зрения джиттера несущей в полосе 5M можно было бы оптимизировать, заузив полосу PLL.

[Master_MW]

Широкая петля ФАПЧ нужна для обеспечения её бОльшей динамики. Это не конечный вариант, добавятся ещё несколько плат, и генератор превратиться в синтезатор 7,45-8,1 ГГц. Касательно полосы в 100 кГц - позволю себе с вами не согласиться. При проектировании не было нужды зарезать шум устройства уже после 100кГц отстройки. Дело в том, что относительно шумов ГУН петля ИФАПЧ является фильтром верхних частот, и тем лучше "душиться" шум ГУН гна малых отстройках от несущей, чем широкаполоснее петля ИФАПЧ, и сужение полосы может привести к повышению шумов на малых отсройках от несущшей (В. Манассевич. Синтезаторы частот. Теория и проектирование. если не ошибаюсь, стр 20-30). С другой стороны, эта же ИФАПЧ делалась с полосой 250 кГц. Заметно фазовый шум выходного колебания в диапазоне отстроек до 100 кГц не изменился ( фильтрующих свойств петли хватало и при полосе 250 кГц), но димамические свойства петли были заметно хуже. Это и определило текущую широкополосность петли.

Сообщение отредактировал Master_MW - Oct 8 2010, 22:06

[VCO]

Да, выкладываю фото и характеристики другого генератора на 8 ГГц, сделан на фазовом детекторе HMC439QS16G, ГУН HMC508LP5E и двух делителях HMC365G8 и HMC394LP4... Задающий ГК87-ТС на 100 МГц...

Не знаю, но я бы 100 МГц умножал до 8 ГГц прямым синтезом, скажем, на ДНЗ. ФАПЧ хороша для перестраиваемых синтезаторов, генераторы на них делаю только тогда, когда к последним не предъявляется жёстких требований по шумам.
Но в целом, на ближних отстройках характеристики генератора очень даже неслабые. Широкая полоса здесь как раз к месту.

[Dr.Drew]

Опора кривая? ЧФД на этой частоте даёт минус 115, а видно 110 в петле.

[Master_MW]

YIG: Я бы тоже использовал диод с накоплением заряда, если бы не требовалось строить синтезатор Как я писал выше, добавиться несколько блоков и устройство станет именно синтезатором

Dr.Drew: Да , опора не очень хороша.... -145 дБ/Гц при отстройке 1 кГц..... Когда придет вот эта (http://www.temex.com/dynamic_content/File/Products/OCXO_ULN_HF_B.pdf) - надеюсь получить лучшие характеристики.....

Сообщение отредактировал Master_MW - Oct 9 2010, 08:47

[тау]

Широкая петля ФАПЧ нужна для обеспечения её бОльшей динамики. .....
Дело в том, что относительно шумов ГУН петля ИФАПЧ является фильтром верхних частот, и тем лучше "душиться" шум ГУН гна малых отстройках от несущей, чем широкаполоснее петля ИФАПЧ, и сужение полосы может привести к повышению шумов на малых отсройках от несущшей (В. Манассевич. Синтезаторы частот. Теория и проектирование. если не ошибаюсь, стр 20-30). С другой стороны, эта же ИФАПЧ делалась с полосой 250 кГц. Заметно фазовый шум выходного колебания в диапазоне отстроек до 100 кГц не изменился ( фильтрующих свойств петли хватало и при полосе 250 кГц), но димамические свойства петли были заметно хуже. Это и определило текущую широкополосность петли.

То есть, если я правильно понял - скорость перестройки была во главе угла в Техтребованиях, понятно.

Сообщение отредактировал тау - Oct 9 2010, 15:28

[Master_MW]

Не совсем так Среди прочего, в ТЗ были прописаны уровень паразитных гармоник амплитудно - и частотно - связанных с несущей, уровень СПМ ФШ, скорость перестройки, девиация Аллана (кратковременая нестабильность за 1 с) и прочее Вроде по всему уложился, только девиацию Аллана не проверял, Е5052 не под рукой.... Если угодно, то можно заузить полосу до названных вами 100 кГц и сравнить результаты при данной полосе и более узкой))

[microstrip_shf]

To Master MW

Здравствуйте. Почём темекс заказали и на какую частоту? Какие сроки поставки обещают?

[Master_MW]

microstrip_shf :

Приветствую) Пока не могу ответить на ваш вопрос . Написал служебную записку "Прошу проработать возможность поставки...." И оказался на больничном В пятницу пришел на работу на два часа всего,комерсантов не застал, проверил тот генератор, характеристики которого выложил, надо ещё выложить характеристики на генератор на ADF4007, как обещал... Мне его (Темекс) посоветовал один товарищ, ему на частоту 100 МГц (я заказал на такую же) привезли за 90 000 российских рублей за 2 месмяца. Но он в Москве, я в Минске, мне везти будут дольше...

[тау]

Не совсем так Среди прочего, в ТЗ были прописаны уровень паразитных гармоник амплитудно - и частотно - связанных с несущей, уровень СПМ ФШ, скорость перестройки, девиация Аллана (кратковременая нестабильность за 1 с) и прочее Вроде по всему уложился, только девиацию Аллана не проверял, Е5052 не под рукой.... Если угодно, то можно заузить полосу до названных вами 100 кГц и сравнить результаты при данной полосе и более узкой))

на сайте вензеля была раньше считалка эксельная из СПМ в Алана .
А как в ТЗ был прописан ФШ, каков диапазон заданных отстроек ?
Заужать полосу не нужно, Вы уже написали о том - мало что меняется на малых отстройках.

[Master_MW]

на сайте вензеля была раньше считалка эксельная из СПМ в Алана .

Можете ли Вы скинуть ссылку? Сам не нашёл..... Касаетльно ТЗ - дословно не помню. Общий смысл был в том, что на отсторойках от несущей 1-5 кГц СПМ ФШ не должно быть более -95 дБ/Гц, 5-100 кГц - не более -105 дБ/Гц. Более дальние отстройки не обсуждались.

Сообщение отредактировал Master_MW - Oct 9 2010, 21:25

[тау]

http://www.wenzel.com/files/noise.zip

[AFK]

to топикстартеру: Уважаемый __Sergey_, прояснилась ли причина подъема уровня шумов на дальних отстройках?