ФАПЧ или АПЧ, Поделитесь опытом создания гетеродинов. Опции

[oles_k76]

У многих инженеров рано или поздно возникает задача создания гетеродинов с хорошими параметрами стабильности частоты(близких к кварцевой) и хорошими фазовыми шумами.

Можно ли решить такую задачу с помошью узкополосного гуна и системы АПЧ?
И можно ли решить эту же задачу традиционным ФАПЧем.

Требования
хороший спектр -лучше -120дбс на 100кгц частота~10ггц.
отсутствие паразитных спектральных компонент.
перестройки частоты нет.
Время выхода на частоту не более 10сек.

[khach]

А причем тут стабильность питания? Пусть себе плавает, ФАПЧ все компенсирует. Главное, чтобы в спектре питания небыло ВЧ компонент с частотой больше полосы удержания фапч. Для этого на питание VCO надо ставить фильтр на биполярнике и очень осторожно относится к импульсным источникам питания и цифровым микросхемам в ближайшем окружении.
Второй вопрос- достижимые шумы связаны с добротностью DRO. С другой стороны, повышая диапазон перестройки DRO мы эту добротность валим варикапом. Дайте полосу перестройки, можно будет спрогнозировать шумы. Про методы перестройки DRO без потерь добротности пока помолчим.
Третья проблема- шумы опорного генератора. Надо правильно выбрать частоту сравнения, а то шумовой пьедестал за пределами полосы удержания мешать начнет. Какая у вас и как выглядят шумы опорного генератора?
А с цифровой петлей вы ФАПЧ никогда не сделаете ( не удержите генератор с точностью до фазы), разве что будет ОЧЕНЬ высокодобротный резонатор ( сапфировое кольцо или сверхпроводящий). Получится только АПЧ. И частота будет гулять в районе нескольких сотен герц- килогерц (вандер). Тут подходят режимы управления типа ПИД- достаточно медленно, с колебаниями, выходим на частоту и потом пытаемя ее удержать.. Но про улучшение спектра сигнала по сравнению с free running VCO прийдется забыть- на такое способен только полноценный ФАПЧ, синхронизирующий с точностью до фазы.

[oles_k76]

А с цифровой петлей вы ФАПЧ никогда не сделаете ( не удержите генератор с точностью до фазы), разве что будет ОЧЕНЬ высокодобротный резонатор ( сапфировое кольцо или сверхпроводящий). Получится только АПЧ. И частота будет гулять в районе нескольких сотен герц- килогерц (вандер).

Но про улучшение спектра сигнала по сравнению с free running VCO прийдется забыть- на такое способен только полноценный ФАПЧ, синхронизирующий с точностью до фазы.

АПЧ
Во первых отсутствует необходимость удерживать генератор с точностью до фазы.
Во вторых "болтанка" частоты в районе нескольких сотен герц до килогерца меня устраивает.

Достигается только долговременная стабильность- близкая к кварцевой,
Фазовый шум узкополосного гуна-дро при расстройках 1-5 мгц очень даже приятный и всего на пару-тройку ДБ хуже самого ДРО.

Полностью исключается влияние фозового шума опорного колебания через 20лог(N)
Есть только шумы привнесенные шумами ЦАП, ОУ, шумом источников питания.
Система работает практически в статике.

Появляется возможность использовать практически любой кварцевый генератор так как легко
можно ввести поправку на количество машинных циклов счета временного интервала.

ЦАП можно купить хоть 20 бит, медленный и дешевый

Да и выходную частоту можно легко перестраивать с шагом ЦАП пусть даже не в строгой сетке,
но с очень мелким шагом, а какой коэфициент деления потребуется для фапч дабы этого достичь?

[khach]

АПЧ
Во первых отсутствует необходимость удерживать генератор с точностью до фазы.
Во вторых "болтанка" частоты в районе нескольких сотен герц до килогерца меня устраивает.


ЦАП можно купить хоть 20 бит, медленный и дешевый

Да и выходную частоту можно легко перестраивать с шагом ЦАП пусть даже не в строгой сетке,
но с очень мелким шагом, а какой коэфициент деления потребуется для фапч дабы этого достичь?

Ну тогда ловите патент- шайба ДР приклеена к керамическом теплопроводу, который сидит на небольшом элементе Пельтье. Основное требование к керамике ДР- чтобы температурная характеристика была монотонной, иначе система управления сойдет с ума. Управление Пельте - биполярное, так что он может и греть, и охлаждать. Если система герметична, то можно опускать температуру и ниже нуля, иначе бойтесь росы. Регулировочным винтом над ДР выставлялась средняя частота диапазона при середине рабочего температурного диапазона (у нас-35 градусов). Никаких быстрых систем счета частоты небыло. Частота регистрировалась внешним частотометром (с синхронизацией по GPS), медленно и печально раз в секунду считывалась с частотометра по RS232 атмегой, потом был небольшой цифровой фильтр, в атмеге крутился ПИД с подобранными константами PID. Ну и выход PWM через фильтр управлял током пельтье, а второй цифровой- полярностью. Все. Время холодного старта системы- с полминуты, т.к теплоемкость ДР мала. Постоянная времени- порядка 5 секунд.
А вот с диапазоном перестройки оно не очень. В критическом случае на регулировочный винт ДР был посажен мелкий шаговый моторчик с редуктором и та же атмега его подкручивала, когда температурная регулировка начинала приближаться к пределам. Гистерезис моторчика (люфты в шестернях) был в алгоритме учтен.