Особенности применения Rail-to-Rail ОУ в цепи ФНЧ синтезаторов с ФАПЧ, Наблюдается устойчивый апсет при плавном включении синтезатора частоты Опции

[VCO]

Здравствуйте, возникла простенькая, на первый взгляд, прикладная задача – заменить обычные сверхмалошумящие ОУ AD797B на R2R LT1677 с целью устранения отрицательного канала питания и расширения рабочего диапазона ГУНа DCRO250300-10 вверх до 3 ГГц.
Задача была “успешно” выполнена ровно год назад, а теперь обернулась новой проблемой: в радиокомплексе вовремя включения всей аппаратуры, в т.ч. ГОЧ, синтезатора, устройства, управляющего синтезатором, и блока питания наблюдается устойчивый латчинг (защёлкивание) петли ФАПЧ в положение максимальной частоты (я назвал это апсет/upset), из которого синтезатор выводится лишь снятием и повторной подачей питания. При этом захвата частоты нет, на управление схема ФАПЧ не реагирует.
Грешу на операционник, который микросхема PE3336 не может вывести из режима защёлкивания всвязи с высоким напряжением питания первого (20В). Кто-нибудь сталкивался с подобным явлением на практике? В чём может быть дело?
Предполагаю, что решение проблемы носит слишком узкоспециализированный характер, поэтому хотел бы обсудить общие особенности применения Rail-to-Rail ОУ в цепи ФНЧ синтезаторов с ФАПЧ. Очень надеюсь на разъяснение и просветление сомнительных моментов, заранее благодарен!

[Dr.Drew]

Вот схема петли. ОУ без разницы какой: простой или R2R. Положительный вход ОУ подключается к Vr. По незнанию можно его заземлить и получить неприятности. Заземление этого входа заставляет работать токовый ключ на нулевом напряжении на его выходе. В таких условиях появляется сильный дисбаланс плеч ключа вплоть до неработоспособности одного из них. Разумеется вторым плечом ГУН может закинуть куда-нибудь на край диапазона. Особенно сильный перекос плеч возникает при малых сопротивлениях Rset. Я однажды специально промерял токовый ключ ADF4153 на разных напряжениях управления и выходных токах. Получил кучу данных и могу выложить картинки по характеристикам тока стока-истока.
В книжке PLL Perfomance, Simulation and Design автор разъясняет этот вопрос и говорит, что положительный вход ОУ цепляется на половину питания ключа и будет счастье.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VCO]

Всем доброго времени суток! Вновь появилась необходимость поднять старую узкоспециализированную тему.
Столкнулся наконец с явлением, когда фазовые шумы синтезатора очень сильно зависят от величины напряжения подпорки Rail-to-Rail ОУ LT1677, причём, чем выше частота фильтра, тем ниже приходится опускать опору. Например, для частоты среза 125 кГц оптимальное напряжение подпорки наблюдалось на уровне 1.5 В, а для частоты среза 250 кГц - 1 В. Подозреваю, что дело не только в характеристиках самого ОУ, но и в его внутренней схеме и схеме его включения.

В книжке PLL Perfomance, Simulation and Design автор разъясняет этот вопрос и говорит, что положительный вход ОУ цепляется на половину питания ключа и будет счастье.

Так и делал изначально, но потом выяснил, что при напряжении подпорки 2.5 В шумы выше примерно на 10 дБ, чем при 1.5 В.
Только сейчас, когда перешёл на частоты до 8 ГГц обратил внимание на зависимость шумов от напряжения подпорки, до 3-4 ГГц это никак не проявлялось, там полоса среза ФНЧ была 25-75 кГц (шаг перестройки - 500-1000 кГц) . Кто-нибудь сталкивался с подобным явлением?

[khach]

Столкнулся наконец с явлением, когда фазовые шумы синтезатора очень сильно зависят от величины напряжения подпорки Rail-to-Rail ОУ LT1677, причём, чем выше частота фильтра, тем ниже приходится опускать опору.

Вообще-то в даташите на LT1677 слишком много места уделено зависимости шумов от Vcommon. Может проблема как раз в неудачном выборе микросхемы для таких применений? С другой стороны, я как-то не встречал подобных графиков для продукции АД- то ли проблемы нет, то-ли надо самому мерять.
И на всякий случай надо помнить про рост шумов варикапов при небольших запирающих напряжениях. Опять же эффект зависит от примененных варикапов. В общем случае вообще меньше полутора-двух вольт стараемся не давать на варикапы, но у нас петли высоковольтные.

[VCO]

Чудеса какие-то. Осталось узнать как опора формируется.

Ну с перестраиваемой опорой тоже на чудеса было похоже, однако же нашлось реальное объяснение! А подпорка формируется очень просто: резистивный делитель, в нижнее плечо которого я параллельно влепил керамику 0603 и тантал тип A. Верхнее плечо может подключаться к трём различным каналам питания: Vcp=5В, Vpll=3В или Vopamp=5...24В. Это сделано в экспериментальных целях, хотя правильнее было бы реализовать повторитель-фильтр на ОУ. Но требования по шумам либеральные и я их и так уже перекрыл с запасом 15-20 дБ, поэтому решил поэкспериментировать на будущее.

Возможно, надо присмотреться к 8 рисунку даташита и тексту справа. Типа комбинашка ESR блокирующего конденсатора, сопротивления делителя, токовых шумов и шумов по напряжению ОУ а также полосы, в которой действуют эти шумы.

Вот тут самое интересное оказалось в том, что при относительно низкоомном делителе шумы были выше, в конце концов пришёл к тому, что поставил оба плеча по 10 МОм и запитал от 3В, получив таким образом минимальные шумы на 6ГГц (-102дБн/Гц на 10кГц).
Для частот до 8 ГГц нижнее плечо уменьшил до 5 МОм (запараллелил два по 10МОм). Для меня самого это выглядит курьёзно, но это можно объяснить образованием ФНЧ с частотой среза менее 1Гц (керамика 0.1мкФ+тантал 33мкФ в нижнем плече).

И где в это время выход чарчпампа в основном находится - вдруг ближе вольта к одному из питаний.

Да нет, в последнем случае имею октавник 4-8 ГГц, от частоты ничего не зависит, картина на краях идентичная.

Вообще-то в даташите на LT1677 слишком много места уделено зависимости шумов от Vcommon. Может проблема как раз в неудачном выборе микросхемы для таких применений?

Выбор обусловлен жёсткими требованиями по спурам - не выше -100дБ во всём спектре от 0.1 до 12 ГГц или хотя-бы в полосе 1 ГГц.
LT1677 из всех кандидатов гарантирует минимальные утечки. Кстати, хорошая мысль, завтра попробую другие ОУ.

С другой стороны, я как-то не встречал подобных графиков для продукции АД- то ли проблемы нет, то-ли надо самому мерять.

Многие AD не подходят из-за высоких входных токов. Я их давно в крутых приложениях заменил на OPA211, который в этом случае как раз подойдёт.

И на всякий случай надо помнить про рост шумов варикапов при небольших запирающих напряжениях. Опять же эффект зависит от примененных варикапов. В общем случае вообще меньше полутора-двух вольт стараемся не давать на варикапы, но у нас петли высоковольтные.

Да я тоже работаю с ГУНами до 28 В, но стораюсь не выжимать их по максимуму, беру с запасом сверху и снизу. А реальные напряжения не измерял, потому как эффект устойчиво наблюдается в середине рабочего диапазона любого из ГУНов.

13.10.2010
ЗЫ: Не хочу делать лишний пост, поэтому отпишусь здесь же. Здесь тау, khach и rloc оказались правы, операционник для СВЧ-синтезаторов выбран неверно! Сегодня заменил на OPA211 - всё запахало на ура, причём последнему по фигу уровень подпорки: хоть 3В, хоть 1В - результат один и тот же. Видимо LT1677 такие полосы и частоты сравнения уже не тянет, вот и колбасит его. Просто малость увлёкся увеличением частоты среза ФНЧ и не заметил, как переборщил!
Всем Спасибо!!! 13 - число моего везения (тьфу-тьфу-тьфу!)!