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]

Поправляю. Вы делаете расчёты для свободного ГУН, но он находится в петле ФАПЧ, и надо считать через коэффициент передачи петли. Тогда результаты будут совсем другими и не такими мрачными, как они у Вас получились.

а на границе петли ?

При замкнутой петле шумы цапа просто будут делиться на квадрат Kpd (в полосе петли).

наверное не на квадрат , а на первую степень.

Сообщение отредактировал тау - Nov 16 2011, 21:55

[Vitaly_K]

а на границе петли ?

А что на границе? – там тоже никаких чудес не должно быть. Слева по АХЧ (ближе к несущей) – плоский участок, а справа – монотонное падение шумов опять таки в соответствии с АЧХ. Разумеется, это если параметры ФНЧ выбраны правильно, так, чтобы АЧХ не имела существенного выброса.

наверное не на квадрат , а на первую степень.

Да, делится на коэффициент передачи ФД. Но если только для одной боковой полосы, то надо ещё поделить на 2.

Сообщение отредактировал Vitaly_K - Nov 17 2011, 08:18

[тау]

А что на границе? – там тоже никаких чудес не должно быть. Слева по АХЧ (ближе к несущей) – плоский участок, а справа – монотонное падение шумов опять таки в соответствии с АЧХ. Разумеется, это если параметры ФНЧ выбраны правильно, так, чтобы АЧХ не имела существенного выброса.

чтобы долго не спорить, смоделировал шумы 10nV/√Hz резистором R2=6.2k . Можете убедиться что я не сильно наврал. REF, VCO взяты идеальными, чтоб не мешались...
На левой картинке фазовых шумов выбрана полоса фильтра 10К , на которой подавления шумов петлей нету для отстройки 10 кГц. Зеленая линия шумов резистора полностью слилась с общими "Тотал" шумами.
На правой картинке полоса фильтра 100K , индекс модуляции линейно уменьшается с частотой , и на частоте 100K он на 20дБ меньше, что естественно.
Падение шумов резистора (или ЦАПА PDS) левее границы шумов с крутизной 20дБ/дек объясняется тем что петля давит с крутизной 40 , а преобразованные амплитудные шумы через индекс модуляции с уменьшением отстройки увеличиваются с крутизной 20.
Для борьбы с этим явлением нужно вроде как расширять полосу PLL (чтобы работало подавление шумов петлей) , но при заметном расширении испортятся шумы VCO, которые на больших отстройках обычно меньше шумов петли.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Vitaly_K]

чтобы долго не спорить, смоделировал шумы 10nV/√Hz резистором R2=6.2k . Можете убедиться что я не сильно наврал. REF, VCO взяты идеальными, чтоб не мешались...
На левой картинке фазовых шумов выбрана полоса фильтра 10К , на которой подавления шумов петлей нету для отстройки 10 кГц. Зеленая линия шумов резистора полностью слилась с общими "Тотал" шумами.
На правой картинке полоса фильтра 100K , индекс модуляции линейно уменьшается с частотой , и на частоте 100K он на 20дБ меньше, что естественно.
Падение шумов резистора (или ЦАПА PDS) левее границы шумов с крутизной 20дБ/дек объясняется тем что петля давит с крутизной 40 , а преобразованные амплитудные шумы через индекс модуляции с уменьшением отстройки увеличиваются с крутизной 20.
Для борьбы с этим явлением нужно вроде как расширять полосу PLL (чтобы работало подавление шумов петлей) , но при заметном расширении испортятся шумы VCO, которые на больших отстройках обычно меньше шумов петли.

Не понял, в чём состоит предмет нашего спора? Вы не согласны с тем, что шумы с управляющего входа ГУН пересчитываются на его выход через крутизну ФД?
Также не понял и Ваше моделирование. Что такое, например, индекс модуляции линейно уменьшается с частотой (где он там уменьшается?), и на частоте 100K он на 20дБ меньше (относительно чего?). Или вот левее границы шумов (где эта граница?). И откуда взялись эти горбы, показанные красным цветом? В общем, это выше моего разумения. Нельзя ли как-нибудь попроще?

[тау]

Вы не согласны с тем, что шумы с управляющего входа ГУН пересчитываются на его выход через крутизну ФД?

нет, не согласен.

Также не понял и Ваше моделирование. Что такое, например, индекс модуляции линейно уменьшается с частотой (где он там уменьшается?), и на частоте 100K он на 20дБ меньше (относительно чего?)

индекс модуляции при узкополосной ЧМ/ФМ ( а у нас амплитудные шумы превращаются в угловую модуляцию и фазовые шумы) равен ∆Fпик/fmod , причем ∆Fпик это размах девиации частоты на выходе из-за шума , которая при постоянной плотности шумового напряжения на входе VCO будет постоянна на выходе VCO в диапазоне всех разумных отстроек от несущей (например 1кГц...1 МГц) , но модулирующая частота растет при увеличении отстройки ( что эквивалентно увеличению fmod ) , то и получается что индекс модуляции падает вместе с частотой модуляции ( или , что то-же самое в нашем случае, с увеличением частоты отстройки от несущей). Именно индекс модуляции определяет отношение спектральной плотности мощности "боковой" компоненты шума к мощности основного несущего колебания.

Или вот левее границы шумов (где эта граница?).

Извиняюсь за корявость фразы , имелось ввиду "левее частотной границы фильтра PLL" т.е. в сторону уменьшения частоты отстройки.

И откуда взялись эти горбы, показанные красным цветом?

Программа AdiSimPLL нарисовала фазовые шумы гипотетического синтезатора с идеальной опорой , идеальным нешумящим VCO с крутизной 200МГц/В ( для октавника в районе 1ГГЦ надо еще круче , если размах напряжения с выхода фазового детектора будет менее 5 вольт - имхо это для Вас важно). Эти шумы были посчитаны ранее в сообщении 66 чисто по формуле, но моделирование подтвердило их уровень в области границы фильтра PLL. На эти шумы не оказывает влияние ни делитель частоты в обратной связи, ни значение частоты сравнения ФД, только крутизна Kvco , спектральная плотность напряжения в мкВ/√Hz на входе VCO, и выбранная граница фильтра PLL.

Сообщение отредактировал тау - Nov 17 2011, 16:18

[Vitaly_K]

нет, не согласен.
индекс модуляции при узкополосной ЧМ/ФМ ( а у нас амплитудные шумы превращаются в угловую модуляцию и фазовые шумы) равен ∆Fпик/fmod , причем ∆Fпик это размах девиации частоты на выходе из-за шума , которая при постоянной плотности шумового напряжения на входе VCO будет постоянна на выходе VCO в диапазоне всех разумных отстроек от несущей (например 1кГц...1 МГц) , но модулирующая частота растет при увеличении отстройки ( что эквивалентно увеличению fmod ) , то и получается что индекс модуляции падает вместе с частотой модуляции ( или , что то-же самое в нашем случае, с увеличением частоты отстройки от несущей). Именно индекс модуляции определяет отношение спектральной плотности мощности "боковой" компоненты шума к мощности основного несущего колебания.

Извиняюсь за корявость фразы , имелось ввиду "левее частотной границы фильтра PLL" т.е. в сторону уменьшения частоты отстройки.

Программа AdiSimPLL нарисовала фазовые шумы гипотетического синтезатора с идеальной опорой , идеальным нешумящим VCO с крутизной 200МГц/В ( для октавника в районе 1ГГЦ надо еще круче , если размах напряжения с выхода фазового детектора будет менее 5 вольт - имхо это для Вас важно). Эти шумы были посчитаны ранее в сообщении 66 чисто по формуле, но моделирование подтвердило их уровень в области границы фильтра PLL. На эти шумы не оказывает влияние ни делитель частоты в обратной связи, ни значение частоты сравнения ФД, только крутизна Kvco , спектральная плотность напряжения в мкВ/√Hz на входе VCO, и выбранная граница фильтра PLL.

Ну что ж, похоже, каждый из нас останется при своём мнении. Вы объясняете мне, как амплитудные шумы превращаются в угловую модуляцию? - так я в курсе. И исхожу из коэффициента передачи замкнутой петли ФАПЧ, где всё учтено. Если параметры ФНЧ выбраны правильно, так что обеспечивается достаточный запас устойчивости по усилению и фазе, то выброса на краю полосы пропускания не будет, или же он будет допустимым, т.е. незначительным. И это мы видим на графиках шумов от разных фирм. В синтезаторе PDS, в принципе, - та же петля ФАПЧ, и для неё писаны те же законы. Так о чём мы спорим?