Аналоговый тракт генератора сигналов, DC-160MHz Опции

[Леонид Иванович]

Решил продолжить заброшенный проект генератора FG-951, пытаюсь рисовать аналоговый тракт. Посмотрел устройство близкого по параметрам генератора Rigol DG4000. По размещенным здесь материалам частично восстановил схему аналогового тракта. Возникли некоторые вопросы. ЦАП (или DDS в моем случае) имеет дифференциальный выход. По идее, можно к нему подключить дифференциальный фильтр, но обычно применяют два отдельных фильтра. Так и сделаю. С них дифференциальный сигнал нужно снять и преобразовать в single ended (SE). Специальных подходящих микросхем не нашел, есть AD8130, но медленновата, при усилении 2 не проходит по полосе, да и гармоники быстро растут с частотой. Хочется использовать готовый дифференциальный усилитель, а не делать его на ОУ, чтобы входное сопротивление было одинаковым по обоим входам. Выбрал ADA4927-1. В генераторе DG4000 зачем-то после дифференциального усилителя LMH6552 стоит еще один усилитель на обычном ОУ LMH6702, на выходе которого получается SE сигнал. В чем смысл этого усилителя? Просто для распределения усиления между двумя каскадами? Чем грозит снятие SE сигнала только с одного из выходов ADA4927-1? Надо ли тогда нагружать неиспользуемый выход? Сопоставимого с ADA4927-1 по гармоникам обычного ОУ найти не удалось.

На выходе DG4000 под радиатором стоят параллельно два каких-то ОУ в SOIC-8. Генератор обеспечивает 1Vpp на нагрузке 50 Ом на частоте 160 МГц с уровнем гармоник -40 dBc, т.е. на выходе ОУ будет 2Vpp. Интересно, что там за ОУ? THS3201 или OPA695 что-то близкое могут обеспечить, наверное.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Alias]

А в чём проблема сделать дифференциальный фильтр? считают его как недифференциальный, затем ёмкости между параллельными ветвям с 2 раза меньше делают. У меня куча таких фильтров понаделана, 7-9 порядков Чебышева, от 5 до 400МГц (-3дБ). Сам тоже ставлю ADA4927 - очень хороший и надёжный широкополосный ОУ. В серийную аппаратуру давно заложили это решение и выпускаем продуцию с ЦАП, тиражи - сотни экз.
На выходе на 50 Ом нагрузке - до 1,4В р-р, при гармониках не более минус 72дБ на 10МГц, не более минус 62 на 140МГц. Как-то так...

[Леонид Иванович]

А в чём проблема сделать дифференциальный фильтр? считают его как недифференциальный, затем ёмкости между параллельными ветвям с 2 раза меньше делают.

Как рассчитать дифференциальный фильтр, я знаю. Но смущает тот факт, что в фирменных приборах ни разу не видел после ЦАП или DDS дифференциального фильтра - везде ставят два одинаковых обычных фильтра. На cqham мне дали такой ответ: в дифференциальном фильтре будут паразитные емкости со всех звеньев на землю, что исказит характеристики и сделает настройку настройку фильтра сложной. А в обычном фильтре эти емкости получаются включенными параллельно штатным (которые заземлены), их влияние легче учесть. Хотя лично мое мние, почему не применяют дифференциальные фильтры, это потому что они не подавляют синфазные помехи, их подавление ложится полностью на плечи дифф. усилителя, а в широкой полосе частот он с этим справляется плохо.

У меня куча таких фильтров понаделана, 7-9 порядков Чебышева, от 5 до 400МГц (-3дБ).

А Вы делали сравнение с двумя отдельными фильтрами?

Сам тоже ставлю ADA4927 - очень хороший и надёжный широкополосный ОУ. ...
На выходе на 50 Ом нагрузке - до 1,4В р-р, при гармониках не более минус 72дБ на 10МГц, не более минус 62 на 140МГц. Как-то так...

Спасибо, ценная информация. Правильно ли я понял, у Вас на нагрузке 50 Ом размах 1.4Vp-pи (0.5Vrms для синуса), а на выходе ОУ 2.8Vp-p из-за согласования? Получается, ОУ работает на нагрузку 100 Ом, при этом Вы не используете параллельное включение нескольких ОУ? И нагружаете только один выход ОУ?


Сообщение отредактировал Леонид Иванович - May 28 2015, 11:15

[rloc]

Краткие комментарии к дифференциальным фильтрам:
1) Спор о том, где больше влияют "паразиты" бесполезен. Для частот выше 100 МГц одним лишь расчетом в filter solutions не обойтись, большой промах, с вытекающей коррекцией. Есть программы, в которых можно учесть топологию с переходными отверстиями, включая влияние паразитных резонансов самих LC элементов, и превратить "паразиты" в полезные компоненты. На основе квазистатических моделей получается хорошее совпадение где-то до 1 ГГц, с ЭМ расчетом - где-то до 5 ГГц.
2) Ригол - это не образец для подражания. Не знаю, какой ЦАП они использовали, но на выходе много побочных составляющих. Как скажется неравномерная нагрузка в полосе и отражения вне полосы фильтра на выход ЦАП и соответственно на его линейность сказать сложно, но скорее всего не самым лучшим образом. Что им мешало поставить, допустим, балун между ЦАП и фильтром? Да и перед усилителем не повредило бы. Потери в балуне при работе в дифференциальном режиме с двух сторон крайне малы.
3) Есть исследования, в том числе Analog Devices, о влиянии синфазности на линейность АЦП и ЦАП - симметрировать вход/выход во многих случаях крайне важно. В современной технике (в первую очередь измерительной) часто встречаются балуны Marki и Picosecond. И обольщаться по поводу высоких характеристик современных операционных усилителей не стоит, они в большинстве тестируются с помощью таких же балунов, хотя производитель не всегда говорит об этом.

[Леонид Иванович]

Ригол - это не образец для подражания

Насчет решения с раздельными фильтрами - оно встречается не только у Ригол. Присоединил фрагмент схемы Agilent 33220, там тоже вместо дифференциального фильтра применяются два обычных.

Не знаю, какой ЦАП они использовали, но на выходе много побочных составляющих.

В DG4000 применяется AD9781. Спектр выходного сигнала очень приличный, достичь хотя бы уровня Ригол, и то будет радость. Но что у них применяется на выходе - загадка.

Что им мешало поставить, допустим, балун между ЦАП и фильтром?

Наверное, работа от DC.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rloc]

Присоединил фрагмент схемы Agilent 33220, там тоже вместо дифференциального фильтра применяются два обычных.

Частота не высокая.

Спектр выходного сигнала очень приличный, достичь хотя бы уровня Ригол, и то будет радость.

Остается только повторить ) По качеству сигнала ориентировался на картинки по ссылке первого поста. Можете сделать измерение RG4000 на высокой частоте (не равной 100 МГц и не кратной тактовой) при RBW=300 Гц или менее?

Наверное, работа от DC.

При дифференциальном подключении входа и выхода работать будет от DC. На первый взгляд странно, в даташите обычно пишут нижнюю границу. Но если посмотреть на конструкцию, то балун представляет из себя линию передачи с определенным волновым сопротивлением. Так чем будет ограничиваться прохождение постоянного тока? Эффект балуна будет проявляться в подавлении синфазной составляющей на высокой частоте и отсутствии влияния на низкой. И даже при небалансном подключении с одной стороны, на DC упадет только мощность в два раза, за счет работы фактически по одному выходу.

[Леонид Иванович]

Можете сделать измерение RG4000 на высокой частоте (не равной 100 МГц и не кратной тактовой) при RBW=300 Гц или менее?

Что Вы! Эти измерения не мои. А мои вопросы как раз с тем и связаны, что из ВЧ оборудования у меня есть только отвертка. Иначе спрашивать было бы нечего, сделал бы макет и измерил.