A new concept in Frequency Synthesis, Новая структура синтезатора частоты Опции

[Vitaly_K]

Спасибо Александру Ченакину, что подсказал адрес этого форума. Даже не ожидал, что такое может быть, - так много о синтезаторах частоты. Давно интересуюсь этой тематикой, и есть у меня одна идея, которую хотелось бы здесь обсудить.
Это структура простого, однопетлевого синтезатора, которая, будучи воплощённой в интегральном чипе, могла бы, как мне кажется, в ряде областей применения конкурировать со сложными многопетлевыми системами. Суть идеи изложена в статье “A new concept in Frequency Synthesis”, Microwave Product Digest, Oct. 2010. Проще всего её можно достичь, набрав в Google слова <Vitaly Koslov>.
Есть также и продолжение, выйдет в февральском номере этого же журнала. Это уже попытка реализовать идею на FPGA c «обвеской» на печатной плате. Статья готова к печати, и я мог бы её переслать, если кого-то заинтересует.
Надеюсь на встречу на этом форуме и буду рад, если кто выскажется критически об этой идее, возможно, я в чём-то и ошибаюсь.

[тау]

Надеюсь на встречу на этом форуме и буду рад, если кто выскажется критически об этой идее, возможно, я в чём-то и ошибаюсь.

мне кажется что шумы в петле будут больше зависеть от шумов питания RS триггеров чем от фазовых шумов опоры/VCO.
на Fig2 приведены временные диаграммы для некоторого частного случая, интересно что будет если коэффициент "fractional value q/R" равен например 4/3 ?
Очепятка по ссылке в фразе "A Phase Splitter generates on its K=2k outputs the pulse sequences of frequency Fr=Rfr/q, on average, where q=2n" видимо 2 в степени должно быть.

Сообщение отредактировал тау - Jan 26 2011, 18:17

[Vitaly_K]

мне кажется что шумы в петле будут больше зависеть от шумов питания RS триггеров чем от фазовых шумов опоры/VCO.
на Fig2 приведены временные диаграммы для некоторого частного случая, интересно что будет если коэффициент "fractional value q/R" равен например 4/3 ?
Очепятка по ссылке в фразе "A Phase Splitter generates on its K=2k outputs the pulse sequences of frequency Fr=Rfr/q, on average, where q=2n" видимо 2 в степени должно быть.

Относительно шумов. Если Вы и правы, то тогда давайте заменим упрощённый вариант DAC, показанный на схеме для большей ясности, на классический, как те, которые, например, использует ADI в своих DDSs. Об этом сказано в конце статьи. С шумами-то у них всё в порядке.
Случай 4/3 ведь тоже частный. Можно и для него нарисовать диаграммы. Как это делается – есть в описании к патенту, ссылка на который в статье имеется. Скажу только, что брать упомянутое отношение слишком малым, скажем, меньшим, чем 2, нежелательно, так как соответственно сокращается рабочая область статической фазовой характеристики. Ещё дополнительно она сокращается в варианте PDS-DS из-за дельта-сигма модуляции.
За замеченную «опучатку» большое спасибо. Вот уже налицо польза от форума – впредь буду более внимательным.

[rloc]

Это структура простого, однопетлевого синтезатора, которая, будучи воплощённой в интегральном чипе, могла бы, как мне кажется, в ряде областей применения конкурировать со сложными многопетлевыми системами.

Хотелось бы навести немного критики.

В первой части статьи очень слабо освещены уже существующие наработки и соответственно небольшой список литературы. На мой взгляд технологии, встречающиеся в различной литературе под названиями "Bandpass sigma-delta modulator" или "Tunable sigma-delta modulator" в сочетании с "Multibit" и "DDS", имееют более универсальное применение при таких же характеристиках SFDR, уровня шума в рассматриваемой полосе и центральной частоте, к тому же многие из них имеют практическую реализацию в интегральном исполнении, чаще для внутреннего применения. Также хочется отметить, что при использовании технологии "Quantization noise shaping", на классических DAC (даже с разрядностью 8 бит) можно получить очень неплохие характеристики.
С точки зрения практической реализации рассматриваемой схемы, я бы добавил в выходном каскаде перед резисторами DAC меширующий мультиплексор для лучшей рандомизации выходного сигнала.

[Vitaly_K]

Хотелось бы навести немного критики.
В первой части статьи очень слабо освещены уже существующие наработки и соответственно небольшой список литературы. На мой взгляд технологии, встречающиеся в различной литературе под названиями "Bandpass sigma-delta modulator" или "Tunable sigma-delta modulator" в сочетании с "Multibit" и "DDS", имееют более универсальное применение при таких же характеристиках SFDR, уровня шума в рассматриваемой полосе и центральной частоте, к тому же многие из них имеют практическую реализацию в интегральном исполнении, чаще для внутреннего применения. Также хочется отметить, что при использовании технологии "Quantization noise shaping", на классических DAC (даже с разрядностью 8 бит) можно получить очень неплохие характеристики.
С точки зрения практической реализации рассматриваемой схемы, я бы добавил в выходном каскаде перед резисторами DAC меширующий мультиплексор для лучшей рандомизации выходного сигнала.

Критика это хорошо, но хотелось бы поконкретней. Пожалуйста, назовите вполне определённую модель синтезатора частоты, с которым можно было бы провести сравнение. По поводу списка литература согласен, можно было бы его расширить. Относительно добавок, возможно, это и даст дополнительные улучшения, но давайте пока обойдёмся без этого, разберёмся сначала с тем, что имеем.

[rloc]

Критика это хорошо, но хотелось бы поконкретней. Пожалуйста, назовите вполне определённую модель синтезатора частоты, с которым можно было бы провести сравнение.

Приведу один из удачных вариантов реализации "Tunable Bandpass DAC", который можно использовать в следующих вариантах:
1) в качестве ДПКД в обратной петле или источника опорной частоты ФАПЧ синтезатора
2) формирователь модулированного сигнала на фиксированной частоте с фильтрацией на ПАВ
3) формирователь ФМ сигнала на перестраиваемой частоте с фильтрацией в кольце ФАПЧ

A 2-GS/s 3-bit dS-Modulated DAC With Tunable Bandpass Mismatch Shaping
 01408080.pdf ( 821.24 килобайт ) Кол-во скачиваний: 238

[Vitaly_K]

Приведу один из удачных вариантов реализации "Tunable Bandpass DAC", который можно использовать в следующих вариантах:
1) в качестве ДПКД в обратной петле или источника опорной частоты ФАПЧ синтезатора
2) формирователь модулированного сигнала на фиксированной частоте с фильтрацией на ПАВ
3) формирователь ФМ сигнала на перестраиваемой частоте с фильтрацией в кольце ФАПЧ

Спасибо за информацию. Не сомневаюсь, что такой DAC даст какой-то выигрыш, не зря же солидные специалисты над этим работали и наверняка большие деньги при этом потратили. Ну а нам-то что от этого, - снова создавать какие-то макеты с таким DAC? Мне уже поздно этим заниматься, стар я для этого. Могу предложить Вам поучаствовать в доработке идеи PDS. Но работать только под «интерес», т.е. в надежде на то, что, возможно, когда-то, кем-то и где-то это будет внедрено и оплачено. Т.е. по «классике» - сначала «стулья», а деньги потом. Единственно, могу обеспечить любыми зарубежными комплектующими.

[rloc]

Не сомневаюсь, что такой DAC даст какой-то выигрыш, не зря же солидные специалисты над этим работали и наверняка большие деньги при этом потратили.

Вопрос не в том, что они сделали лучше и не в том кто сколько денег потратил, сама идея одинаковая, и будь то PDS или схема на основе "bandpass modulator", при одинаковых технологиях результаты будут получаться одинакового порядка и одинакового уровня сложности.

Мне уже поздно этим заниматься, стар я для этого. Могу предложить Вам поучаствовать в доработке идеи PDS. Но работать только под «интерес», т.е. в надежде на то, что, возможно, когда-то, кем-то и где-то это будет внедрено и оплачено. Т.е. по «классике» - сначала «стулья», а деньги потом.

Прошу прощения, не тот возраст у меня, чтобы критиковать. Очень много всяких схем перепробовал на основе сигма дельта модуляции с использованием R-ladder , результаты получались очень неплохие и все в основном на голом энтузиазме. Вчера, задав в строке поиска IEEE документов несколько ключевых слов, получил в ответ около 5000 документов, и думаю еще десятикратно больше будет придумано. К сожалению у меня тоже нет возможности в интегральном исполнении реализовать свои идеи, а без этого развивать эту тематику очень сложно. К тому же применение классических высокоскоростных ЦАП последних лет с добавлением некоторых технологий дает очень хорошие результаты (приводил недавно в другой теме). Работодатель сейчас от меня требует какие-то определенные сроки, поэтому иду по пути наименьшего сопротивления - разрабатываю далеко не самые идеальные по всем характеристикам устройства и по возможности применяю покупные модули.

[VCO]

Мне уже поздно этим заниматься, стар я для этого. Могу предложить Вам поучаствовать в доработке идеи PDS. Но работать только под «интерес», т.е. в надежде на то, что, возможно, когда-то, кем-то и где-то это будет внедрено и оплачено. Т.е. по «классике» - сначала «стулья», а деньги потом. Единственно, могу обеспечить любыми зарубежными комплектующими.

Вы тоже должны понять, что бОльшая часть обитателей форума очень далека от интегрального уровня и слишком занятА текущими прикладными задачами, более приземлёнными по сравнению с Вашей. У меня тоже часто мелькало в голове: "А мочему ГУНами не управляют при помощи ЦАПов? Разве фазовый детектор лучше?", но тут же сам себе и отвечал:"Значит так надо!".
Но сейчас в России почти все занимаются "бытовухой", получая за это куда более скромные деньги, чем могли бы иметь от ноу-хау, и при этом так загружены, что спины не разогнуть. Это я к тому, что желающих работать за призрачную перспективу найти непросто, сорри за оффтоп!

К тому же применение классических высокоскоростных ЦАП последних лет с добавлением некоторых технологий дает очень хорошие результаты (приводил недавно в другой теме).

Надеюсь, что rloc не будет против, если я уточню, о чём идёт речь: это тема "16-разрядный DDS до 1ГГц, Реально ли, если да, на чём сделать?"
Коротко об истории создания и развития этой темы: Познакомившись с теорией DDS и наигравшись с EvalBoardом оного, в голову пришла мысль, что свежеиспечёные на тот момент AD9910 и AD9912 неудовлетворяют моим запросам по спурам, которые по теории можно уменьшать и ликвидировать программно, аппаратно, да и программно-аппаратно тоже. Тему забросил, занявшись другим направлением - освоением HMC700, в то время, как rloc добился успеха на этом поприще, вот здесь.
Рекомендую почитать всю тему (вот уж не думал, что такая интересная и продуктивная получится) и сравнить перспективы использования продвинутого DDS с использованием всех методов фильтрации спур c Вашим методом в математических моделях. Вот это будет уже вполне адекватное сравнение двух методов.

[Vitaly_K]

Надеюсь, что rloc не будет против, если я уточню, о чём идёт речь: это тема "16-разрядный DDS до 1ГГц, Реально ли, если да, на чём сделать?"
Коротко об истории создания и развития этой темы: Познакомившись с теорией DDS и наигравшись с EvalBoardом оного, в голову пришла мысль, что свежеиспечёные на тот момент AD9910 и AD9912 неудовлетворяют моим запросам по спурам, которые по теории можно уменьшать и ликвидировать программно, аппаратно, да и программно-аппаратно тоже. Тему забросил, занявшись другим направлением - освоением HMC700, в то время, как rloc добился успеха на этом поприще, вот здесь.
Рекомендую почитать всю тему (вот уж не думал, что такая интересная и продуктивная получится) и сравнить перспективы использования продвинутого DDS с использованием всех методов фильтрации спур c Вашим методом в математических моделях. Вот это будет уже вполне адекватное сравнение двух методов.

Спасибо. Почитал я по Вашей ссылке, мало чего понял, но вот зашевелилась крамольная мысль, - а не уходим ли мы в сторону от моей темы? В предлагаемом мной варианте синтезатора исключается умножение в петле, и в этом заключаются его достоинства. А то, что предлагает rloc, - это отдельная идея борьбы со спурами, и вполне возможно, что её также можно применить и к PDS, используя в нём некий модернизированный DAC. Если ошибаюсь, поправьте меня, пожалуйста.
И ещё такой вопрос. Ведь закон сохранения энергии ещё никто пока не отменял. Куда деваются спуры? В Frac-N c DSM они отбрасываются в сторону от несущей и потому могут быть отфильтрованы. А что происходит здесь? Не получается ли так, что они распыляются в широком спектре, поднимая общий уровень шума?
Вопросы отношу также и к rloc, и буду ему благодарен, если и он подключится к ответу на эти вопросы.

[VladimirB]

Спасибо. Почитал я по Вашей ссылке, мало чего понял, но вот зашевелилась крамольная мысль, - а не уходим ли мы в сторону от моей темы? В предлагаемом мной варианте синтезатора исключается умножение в петле, и в этом заключаются его достоинства. А то, что предлагает rloc, - это отдельная идея борьбы со спурами, и вполне возможно, что её также можно применить и к PDS, используя в нём некий модернизированный DAC. Если ошибаюсь, поправьте меня, пожалуйста.
И ещё такой вопрос. Ведь закон сохранения энергии ещё никто пока не отменял. Куда деваются спуры? В Frac-N c DSM они отбрасываются в сторону от несущей и потому могут быть отфильтрованы. А что происходит здесь? Не получается ли так, что они распыляются в широком спектре, поднимая общий уровень шума?
Вопросы отношу также и к rloc, и буду ему благодарен, если и он подключится к ответу на эти вопросы.

Вариант rloc с ПЛИС и ЦАП позволяет практически гарантированно получить
хороший результат по фазовым шумам и спурам, при этом сохраняется возможность перестройки частот в очень широком диапазоне с шагом до 0.01Гц. Если чего-то и придётся подправлять - то только в HDL коде DDS'a. При том что современные ЦАПы позволяют синтезить частоты по выходу до 3.5ГГц.
Конечно при рандомизации фазы спуры размазываются по спектру - но мощность шумов увеличивается незначительно, плюс ещё есть алгоритм коррекции рядом Тейлора - тут даже размазывать ничего не надо.

Как вы говорите ваш вариант "исключает умножение в кольце", то если взять опорный генератор Морион на 10МГц с фазовыми шумами -160дБ/Гц при отстройке 10кГц и перенести его вашим синтезатором на 10ГГц, то какие будут фазовые шумы на выходе? Те же -160дБ/Гц на 10кГц? Если всё так хорошо - то ваш синтезатор с руками оторвут и за ним уже должна выстроится очередь из военных. Если нет, то как уже вам говорили надо провести сравнение с конкурирующими вариантами:
1) ПЛИС(DDS) -> ЦАП
2) DDS -> полосовой фильтр-> опора однокольцевой integer-N ФАПЧ

[Vitaly_K]

Вариант rloc с ПЛИС и ЦАП позволяет практически гарантированно получить
хороший результат по фазовым шумам и спурам, при этом сохраняется возможность перестройки частот в очень широком диапазоне с шагом до 0.01Гц. Если чего-то и придётся подправлять - то только в HDL коде DDS'a. При том что современные ЦАПы позволяют синтезить частоты по выходу до 3.5ГГц.
Конечно при рандомизации фазы спуры размазываются по спектру - но мощность шумов увеличивается незначительно, плюс ещё есть алгоритм коррекции рядом Тейлора - тут даже размазывать ничего не надо.

Как вы говорите ваш вариант "исключает умножение в кольце", то если взять опорный генератор Морион на 10МГц с фазовыми шумами -160дБ/Гц при отстройке 10кГц и перенести его вашим синтезатором на 10ГГц, то какие будут фазовые шумы на выходе? Те же -160дБ/Гц на 10кГц? Если всё так хорошо - то ваш синтезатор с руками оторвут и за ним уже должна выстроится очередь из военных. Если нет, то как уже вам говорили надо провести сравнение с конкурирующими вариантами:
1) ПЛИС(DDS) -> ЦАП
2) DDS -> полосовой фильтр-> опора однокольцевой integer-N ФАПЧ

Спасибо, что подключились к теме.
Не собираюсь возражать, что вариант rloc с ПЛИС и ЦАП – это хорошо. Верю.
Что касается умножения в петле, то, конечно же, шумы опорного генератора в любом случае умножаются как бы синтезатор не был построен. Зависимость 20lgN – это закон, так сказать, прямого действия. Речь о помехах дробности, на выходе фазового детектора. Из-за наличия делителя частоты в петле, который необходим, чтобы привести частоты к равенству на входах ФД, эти помехи умножаются в коэффициент деления раз. В предлагаемом варианте нет деления частоты в петле, сравнение фаз производится на неравных частотах, из-за чего опорная частота может быть выбрана на столько высокой, на сколько позволяет интегральная технология. Из-за этого и получается выигрыш по спурам и быстродействию. А идею программной борьбы со спурами можно, наверное, применить и здесь, и ещё дополнительно улучшить характеристики. Но это уже другая тема.