DPLL, Реализация на FPGA Опции

[_Anatoliy]

Хоть и FPGA,но алгоритмы и методы ведь здесь обсуждают.
Нужно выделить тактовую частоту сигнала QPSK,с помощью нелинейности выделяю эту частоту и подаю на фазовый детектор реализованный на регистре.На выходе ФД получаю шину 14 бит (т.к. ЦАП для управления ГУН 14-ти битный).После расчёта пропорционально-интегральный фильтра (ПИФ) получаю нужный коэффициент передачи пропорционального звена Kp = 4000. Как в таком случае правильно поступить?Ведь не могу же я подать на ЦАП 26 бит кода...

[petrov]

После расчёта пропорционально-интегральный фильтра (ПИФ) получаю нужный коэффициент передачи пропорционального звена Kp = 4000.

Как рассчитываете, ФАПЧ получается не полностью цифровая? Как учитываете коэффициент передачи фазового детектора и регулирующего элемента?
Нужна ли такая большая разрядность на выходе фазового детектора, неправильно наверное привязывать её к разрядности ЦАПа?

[_Anatoliy]

Как рассчитываете, ФАПЧ получается не полностью цифровая? Как учитываете коэффициент передачи фазового детектора и регулирующего элемента?
Нужна ли такая большая разрядность на выходе фазового детектора, неправильно наверное привязывать её к разрядности ЦАПа?

Спасибо!Аналоговым узлом является ГУН с очень маленькой крутизной (93 Гц / В).Похоже из за этого и не хватает петлевого усиления.Но ГУН менять нельзя.А разрядность на выходе ФД не влияет,если её уменьшить то Kp увеличится во столько же раз,это я пробовал.

[petrov]

Спасибо!Аналоговым узлом является ГУН с очень маленькой крутизной (93 Гц / В).Похоже из за этого и не хватает петлевого усиления.Но ГУН менять нельзя.А разрядность на выходе ФД не влияет,если её уменьшить то Kp увеличится во столько же раз,это я пробовал.

Смысл в том что если рассчёты не учитывают аналогового ГУН то возможно всё неправильно. Вот с чего бы влиять на коэффициент передачи если просто округлять младшие разряды, нету никакого смысла в такой точности.

[_Anatoliy]

Смысл в том что если рассчёты не учитывают аналогового ГУН то возможно всё неправильно. Вот с чего бы влиять на коэффициент передачи если просто округлять младшие разряды, нету никакого смысла в такой точности.

Не,Гун учитывается.Теория взята из Титце-Шенк,стр.490

Если просто обнулять младшие разряды то коэффициент не сильно изменится,если отбрасывать - то изменится.Коэффициент передачи ФД не только от разностной фазы зависит,но и от уровня сигнала.

[petrov]

Не,Гун учитывается.Теория взята из Титце-Шенк,стр.490

У вас аналоговая реализация чтоли? Не торопитесь брать формулы, у вас возможно получается какая-то импульсная ФАПЧ.

Коэффициент передачи ФД не только от разностной фазы зависит,но и от уровня сигнала.

АРУ должно обязательно быть. Коэффициент передачи также зависит ещё и от наличия символьных переходов т. е. от данных, преамбул, сопособов скремблирования, кодирования и т. п.

Сообщение отредактировал petrov - May 18 2009, 09:37

[_Anatoliy]

У вас аналоговая реализация чтоли? Не торопитесь брать формулы, у вас возможно получается какая-то импульсная ФАПЧ.

Почему аналоговая?Вместо УВХ я могу использовать регистр?

АРУ должно обязательно быть. Коэффициент передачи также зависит ещё и от наличия символьных переходов т. е. от данных, преамбул, сопособов скремблирования, кодирования и т. п.

Всё правильно,АРУ есть,но после фильтра у меня чистейший синус выделяется с символьной частотой.(SNR ~60 Db).Его я и подаю на ФД,4 отсчёта на символ.

[petrov]

Всё правильно,АРУ есть,но после фильтра у меня чистейший синус выделяется с символьной частотой.(SNR ~60 Db).Его я и подаю на ФД,4 отсчёта на символ.

В общем непонятно как у вас там всё устроено, но есть как аналоговые элементы так и цифровые с дискретизацией, поэтому нельзя тупо брать формулы для цифровой или аналоговой ФАПЧ, возможно кроме коэффициентов нужны ещё будут корректоры с определённой ЧХ. Можно конечно на плате подогнать чисто практически, возможно для QPSK прокатит, но результат не гарантированный, вспомните как пример то обсуждение когда цифровая символьная ФАПЧ глючила из-за такой ерунды в общем-то.

[_Anatoliy]

В общем непонятно как у вас там всё устроено, но есть как аналоговые элементы так и цифровые с дискретизацией, поэтому нельзя тупо брать формулы для цифровой или аналоговой ФАПЧ, возможно кроме коэффициентов нужны ещё будут корректоры с определённой ЧХ. Можно конечно на плате подогнать чисто практически, возможно для QPSK прокатит, но результат не гарантированный, вспомните как пример то обсуждение когда цифровая символьная ФАПЧ глючила из-за такой ерунды в общем-то.

Схема простая(рисовал в матлабе)

На вход In подаётся сигнал с ФД(с регистра).

Эскизы прикрепленных изображений

 

[petrov]

Схема простая(рисовал в матлабе)

На вход In подаётся сигнал с ФД(с регистра).

Это только часть петли.

Филлипс Ч. Харбор Р.
Системы управления с обратной связью.

http://lord-n.narod.ru/walla.html#PhillipsHarbor

Глава 12. Либо изучайте это, либо как-то так:

В чем проблема взять столько разрядов сколько нужно. Потом, если вам не хватит петлевого усиления, для обеспечения ширины петли, по месту используйте усилитель ограничитель, егокстати можно включить в петлевой фильтр, все равно в этом фильтре ограничитель есть. Лучше собрать и проверить прямо на макете + по переходной подстроить и форму ПХ и ширину петли %)

[_Anatoliy]

Глава 12. Либо изучайте это, либо как-то так:

Потом, если вам не хватит петлевого усиления, для обеспечения ширины петли, по месту используйте усилитель ограничитель, егокстати можно включить в петлевой фильтр, все равно в этом фильтре ограничитель есть. Лучше собрать и проверить прямо на макете + по переходной подстроить и форму ПХ и ширину петли %)

Спасибо за ссылку!
Можно уточнить,о каком усилителе речь?Между ЦАП и ГУН его ставить или где?

[petrov]

Спасибо за ссылку!
Можно уточнить,о каком усилителе речь?Между ЦАП и ГУН его ставить или где?

Да в любом месте его можно поставить, смотрите сами где вам удобнее.

Кстати чем вас полностью цифровая реализация не устроила?

[_Anatoliy]

Да в любом месте его можно поставить, смотрите сами где вам удобнее.

Кстати чем вас полностью цифровая реализация не устроила?

1). Если поставить его между ЦАП и ГУН то в К раз уменьшится точность.В качестве ГУН стоит VCXO с напряжением управления 0...3,3В.Цап тоже выдаёт 0...3,3В и если поставить усилитель,например в 10 раз,то максимальный код в ЦАП не должен превышать +-800 мзр.У меня же требуется усилить сигнал в 4550 раз.Тогда код на ЦАП вообще двухбитовый окажется...
2).Здесь мне демодулировать QPSK не нужно,только вытащить тактовую и отдать её на выход(через разъём другим блокам).

[des00]

1). Если поставить его между ЦАП и ГУН то в К раз уменьшится точность.

14 бит это точность или разрешение? уж сколько копий было сломано на эту тему, в том числе и на этом форуме. %)
У вас регулирование с ОС, с петлей в которой есть интегратор. Ошибка регулирования должна сводиться к нулю.

В качестве ГУН стоит VCXO с напряжением управления 0...3,3В

Посмотрел ваши расчеты и меня заинтересовал вот какой момент. Крутизна гуна 93Гц/В, максимум вы можете перестроить ваш гун на 300 Гц. Зачем вам такая широкая петля? Я не много понял в вашем расчете, но если "Частота излома ЛАЧХ петли" это ширина петли. то у вас получается петля 40 КГц, прямо как цифровая петля с интерполятором %) Аналоговые петли обычно много уже Или вы ловите сигнал от RС генератора? тогда вы взяли явно не тот ГУН.

Цап тоже выдаёт 0...3,3В и если поставить усилитель,например в 10 раз,то максимальный код в ЦАП не должен превышать +-800 мзр.У меня же требуется усилить сигнал в 4550 раз.Тогда код на ЦАП вообще двухбитовый окажется...

ИМХО вы путаете теплое с мягким. Вы рассматриваете систему в режиме сильного сигнала, тогда как работаете в режиме малого сигнала. И именно в этом режиме вы и будете получать вашу полосу.
Я бы сделал так: АРУ-Детектор (14 бит) -> LoopFilter (32 бита, с соответствующим скалированием) -> выкусываю старшие биты и подаю их на ЦАП.

Затем, в установившемся режиме вывожу переходную характеристику петли и настраивать петлю(ширину и качество). Когда выбраны диапазоны регулировки, а результат не достигнут (форма не та, ширина не та) начал бы вводить статический усилитель-ограничитель (а не просто усилитель) до тех пор пока не получиться требуемая характеристика. Обычно я ставлю этот усилитель перед Loop-Filter или включаю его в Loop-filter, т.к. в этом фильтре ограничитель все равно есть.

т.е. вы проектируете систему без арифметических переполнений и когда вводите усилитель для малого сигнала, не забывает поставить ограничитель для большого.

[_Anatoliy]

14 бит это точность или разрешение? уж сколько копий было сломано на эту тему, в том числе и на этом форуме. %)
У вас регулирование с ОС, с петлей в которой есть интегратор. Ошибка регулирования должна сводиться к нулю.

Конечно разрешение,оговорился.

Кажется я понял Вашу мысль,ключевая фраза "малосигнальный режим".Спасибо!
К сожалению параллельно идёт ещё несколько проектов,чуть позже я вернусь к этой теме.

Ещё один вопрос,по другой теме.Цифровые отсчёты синуса подаю на цап (частота синуса 1,6 МГц,4 отсчёта на период),после цапа стоит аналоговый ФНЧ который на частоте 3МГц даёт затухание -60дБ.Не удаётся получить малый джиттер после фильтра.Если частота сигнала кратна частоте дискретизации,то тогда джиттер несколько сот пикосекунд,это устраивает.А вот если частота точно не равна Fs/4 а близка к ней то тогда джиттер около 10 наносекунд,очень много.На какие параметры фильтра нужно обратить внимание для получения низкого джиттера?

[Oldring]

А вот если частота точно не равна Fs/4 а близка к ней то тогда джиттер около 10 наносекунд,очень много.На какие параметры фильтра нужно обратить внимание для получения низкого джиттера?

Что такое "джиттер" у синусоиды?

[_Anatoliy]

Что такое "джиттер" у синусоиды?

Паразитная фазовая модуляция.Если зацепиться синхронизацией осциллоскопа за переход синуса через ноль,то следующий переход через ноль будет через время T/2 +- Terror.
В итоге это не важно,можно поставить компаратор перехода через ноль и смотреть фазовую ошибку на его выходе.

[Oldring]

Паразитная фазовая модуляция.Если зацепиться синхронизацией осциллоскопа за переход синуса через ноль,то следующий переход через ноль будет через время T/2 +- Terror.

Сигнал на выходе ЦАП является идеальной синусоидой плюс ошибка. В случае ровно четырех отсчетов на период ошибка также периодична с периодом синусоиды. Поэтому весь наблюдаемый таким образом джиттер возникает из-за джиттера клока и шума аналоговых схем. Какой на выходе фильтр - практически не важно. Во втором случае ошибка перестает быть периодической и дает дополнительный джиттер. Как его оценить? Погрешность измерения нуля равна СКО отфильтрованной ошибки в районе нуля деленной на скорость нарастания синусоиды при переходе через нуль. Дальше нужно оценивать ошибку, возникающую из-за неточности дискретизации, и сколько её проходит через фильтр. Ну и если частота дискретизации очень блиизка к 1/4 периода но не равна ей - такая оценка IMHO окажется сложной, так как такую ошибку врядли можно считать белым шумом.

[vadimuzzz]

Дальше нужно оценивать ошибку, возникающую из-за неточности дискретизации, и сколько её проходит через фильтр. Ну и если частота дискретизации очень блиизка к 1/4 периода но не равна ей - такая оценка IMHO окажется сложной, так как такую ошибку врядли можно считать белым шумом.

вот тут http://www.analog.com/static/imported-file..._rev12-2-99.pdf
в главе 4 разбираются такие ошибки

[_Anatoliy]

вот тут http://www.analog.com/static/imported-file..._rev12-2-99.pdf
в главе 4 разбираются такие ошибки

Спасибо!
Интересная статья.

Вообще говоря это немного странно. Если шум аддитивный и белый - то при отношении сигнал/шум 15 dB погрешность фазы каждого символа должна быть порядка 25 нс. Для белого шума это значит что 1000 периодов более чем достаточно чтобы уменьшить джиттер до 1 нс. Что-то у Вас странное творится.

Может я с шумом что напутал.
С помощью LFSR формирую фумовой сигнал в широкой полосе,пропускаю его через аттенюатор и полосовой фильтр с полосой пропускания равной полосе сигнала QPSK.После фильтра шум подаю на сумматор,на второй вход сумматора подаю мой сигнал QPSK.С выхода сумматора подаю на вход АЦП,аттенюатором устанавливаю нужный уровень шума.

Вот картинка.Внеполосным шумом пренебрегаю и считаю что на входе SNR 15 дБ.Правильно?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oldring]

Вот картинка.Внеполосным шумом пренебрегаю и считаю что на входе SNR 15 дБ.Правильно?

Вобще говоря правоподобно.
Тем более странно, если шум имеет искусственное происхождение. У Вас, надеюсь, достаточная длина LFSR - частота пововторения последовательности гораздо меньше полосы захвата PLL?
В принципе собственный шум фазовых детекторов зависит от ошибки слежения. Это нелинейные эффекты, поэтому проводимая оценка уменьшения шума при уменьшении полосы не совсем корректна. С другой стороны IMHO странно почему это все могло бы проявиться в NDD схеме фазовой синхронизации. В общем, вывод один - нужно разбираться

[_Anatoliy]

Вобще говоря правоподобно.
Тем более странно, если шум имеет искусственное происхождение. У Вас, надеюсь, достаточная длина LFSR - частота пововторения последовательности гораздо меньше полосы захвата PLL?
В принципе собственный шум фазовых детекторов зависит от ошибки слежения. Это нелинейные эффекты, поэтому проводимая оценка уменьшения шума при уменьшении полосы не совсем корректна. С другой стороны IMHO странно почему это все могло бы проявиться в NDD схеме фазовой синхронизации. В общем, вывод один - нужно разбираться

Да,достаточная длина.Частота повторения 0,001 Гц.
А почему некорректна?Ведь я должен задать SNR на входе блока,а не после ФД.
Я выполнял расчёты по трём разным методикам,получается примерно одинаковый результат - при SNR 15 дБ должен получить джиттер 1 нс.Честно говоря,уже руки опускаются.

[petrov]

Да,достаточная длина.Частота повторения 0,001 Гц.
А почему некорректна?Ведь я должен задать SNR на входе блока,а не после ФД.
Я выполнял расчёты по трём разным методикам,получается примерно одинаковый результат - при SNR 15 дБ должен получить джиттер 1 нс.Честно говоря,уже руки опускаются.

Вы учитываете что в вашей длинной псевдослучайной последовательности могут быть длинные участки с малым количеством символьных переходов, на них соответственно джиттер может быть очень большим вплоть до сбоя ФАПЧ? Для экспериментов лучше использовать не псевдослучайную последовательность а например просто каждые каждые N символов делать переход по диагонали созвездия. Ещё могут быть периодические сбои из-за такой схемы ФАПЧ по типу того как мы с вами обсуждали ошибку цифровой схемы. Все методики скорее всего не соответствуют вашей схеме. Делайте точную модель вашей схемы, если не можете значит можно забыть про полный контроль над ней.

[_Anatoliy]

Вы учитываете что в вашей длинной псевдослучайной последовательности могут быть длинные участки с малым количеством символьных переходов, на них соответственно джиттер может быть очень большим вплоть до сбоя ФАПЧ?

Вы правы,я об этом думал.Поэтому вчера для проверки использовал реальный радиотракт,выходной сигнал которого был с АРУ.При уменьшении уровня входного сигнала тракта на выходе поддерживался постоянный уровень,а вот уровень шума изменялся.При установлении по анализатору SNR 15 дБ величина джиттера была такой же как в случае с LFSR.

Ещё могут быть периодические сбои из-за такой схемы ФАПЧ по типу того как мы с вами обсуждали ошибку цифровой схемы. Все методики скорее всего не соответствуют вашей схеме. Делайте точную модель вашей схемы, если не можете значит можно забыть про полный контроль над ней.

Это понятно,спасибо,потому и не удаётся получить расчётную 1 нс. А как сделать точную модель если симулинк не позволяет работать с ГУН в системе дискретного времени?Мы с Вами это когда-то обсуждали.

[Oldring]

А как сделать точную модель если симулинк не позволяет работать с ГУН в системе дискретного времени?

Кто мешает использовать дискретную модель в системе с непрерывным солвером?

Другое дело что переусложненные модели - это наверняка излишне. Вы что-то существенное просто не замечаете скорее всего.

[_Anatoliy]

Кто мешает использовать дискретную модель в системе с непрерывным солвером?

Другое дело что переусложненные модели - это наверняка излишне. Вы что-то существенное просто не замечаете скорее всего.

Вполне может быть и так.Может vhdl код выложить?Не сможете глянуть свежим глазом?
Кстати,загрузка в ЦАП у меня занимает 21 такт(последовательный ЦАП),но маловероятно чтоб это мешало,пробовал увеличивать скорость загрузки (доводил до 7 тактов основного клока) - никакого эффекта.

[Oldring]

Может vhdl код выложить?

Спасибо, лучше не нужно.
Я, по крайней мере, от копания в чужом коде удовольствие уже давно не получаю

[_Anatoliy]

Спасибо, лучше не нужно.
Я, по крайней мере, от копания в чужом коде удовольствие уже давно не получаю

Ясно,я догадывался об этом .

[petrov]

Чтобы ваша схема соответствовала цифровой ФАПЧ нужно на ГУН подавать дельта-импульс ошибки один раз за символ, что невозможно. Сделайте модель с NCO, но возьмите много отсчётов на символ, скажем порядка 100, всё делайте один к одному как в вашей схеме, такие же герцы на вольты в NCO, весь ваш VHDL код, всё, квантование, ограничители, ЦАП, аналоговые фильтры замените БИХ и т. п. Продумайте как джиттер смотреть будете.

[Oldring]

Чтобы ваша схема соответствовала цифровой ФАПЧ нужно на ГУН подавать дельта-импульс ошибки один раз за символ, что невозможно.

В Симулинке все возможно. Достаточно уметь им пользоваться.

[petrov]

В Симулинке все возможно. Достаточно уметь им пользоваться.

Имел ввиду схему которая в железе.

[Oldring]

Имел ввиду схему которая в железе.

А в железе на ГУН подается кусочно-постоянная функция. Не вижу никаких сложностей с анализом такого контура.

[petrov]

А в железе на ГУН подается кусочно-постоянная функция. Не вижу никаких сложностей с анализом такого контура.

В том то и дело что этот анализ надо проводить а не брать формулы из "трёх разных источников".

[Oldring]

В том то и дело что этот анализ надо проводить а не брать формулы из "трёх разных источников".

Да даже если не проводить - не вижу на что может повлиять дополнительная задержка в полсимвола и небольшое дополнительноге снижение АЧХ если полоса контура зарезана на сотнях символов. IMHO как драйвить ГУН - абсолютно безразлично.

[petrov]

Да даже если не проводить - не вижу на что может повлиять дополнительная задержка в полсимвола и небольшое дополнительноге снижение АЧХ если полоса контура зарезана на сотнях символов. IMHO как драйвить ГУН - абсолютно безразлично.

Не уверен, здесь с _Anatoliy обсуждали подобное:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=54766

[Oldring]

Не уверен, здесь с _Anatoliy обсуждали подобное:

Кто где когда-то с кем-то что-то обсуждал не имеет никакого отношения к влиянию задержки на полсимвола в контуре PLL с постоянной времени в несколько сотен символов.