Синтезаторы частот. От концепции к продукту., Ищу книгу, Frequency Synthesizers: Concept to Product Опции

[Dr.Drew]

А построить синтезатор на основе деления 10 ГГц можно, я уже говорил, что именно этим мы сейчас и занимаемся. В ядре (4-10 ГГц) ФШ@10кГц должен составить -145...148 дБн/Гц, может ниже. Когда будут результаты, покажу.

Что-то заоблачная цифра. Минус 177 приведённый к 100 МГц. Уровень Паскаля, но нужно ещё и сохранить. ФАПЧ на гармониках с ДР или КР генераторами потребует полос под 50-100 кГц - не айс, ещё и растерять можно будет. Неужто лейкосапфир решили применить? Но там ещё обвес нужен для КСС. Что-то сомневаюсь я в реализуемости таких шумов в такой полосе.

[Sergey Beltchico...]

Вы приводили сравнительные графики ФШ, уточните пожалуйста какой тип NLTL и SRD брали для сравнения, чем фильтровали и как согласовывали?
Я так понимаю опора с шумом -176 дБн/Гц своя?

На вопрос по поводу фильтрации и согласования я отвечать не буду, прошу прощения. Ставьте эксперименты. Опора своя.

У PXA на частоте 1ГГц при Ref = -4 дБм (аттенюатор действительно ниже 6 дБ не опускается и не отключается) шумовой пол составляет -152 дБм/Гц, при включенном режиме NFE -157 дБм/Гц (усилитель выключен), при Ref = 0 дБм -148дБм/Гц и -154 дБм/Гц соответственно (аттенюатор = 10 дБ)

Тут вопрос в моей некорректной терминологии, прошу меня великодушно извинить. Я Вас сбил с толку, некорректно написав "шумовая дорожка" и дБм/Гц. На самом деле я имел в виду сквозной односигнальный динамический диапазон, приведенный к 1Гц, максимальное сквозное соотношение сигнал-шум при минимальной RBW (не абсолютное, а относительное значение). Из того, что вы написали про PXA, следует вычесть аттенюатор. Если Вы будете наблюдать на Вашем PXA, предположим, сигнал с уровнем 0 дБм и ФШ -145 дБн/Гц (допустим, что цифровые фильтры у PXA идеальные: 1Гц имеет динамику за 150 дБ, что не факт), то реальный шум при Ref Level 0дБм, аттенюаторе 10 дБ и RBW 1 Гц в лучшем случае будет лежать на уровне -138 дБ от верха экрана (а не 148 дБ). Ведь маркер, когда пишет дБм/Гц, учитывает и аттенюатор. Проведите простой эксперимент: при Ref Level 0дБм (аттенюатор 10 дБ или минимальный, который можно поставить) поставьте масштаб 15 или 16 дБ на деление, посмотрите на сколько дБ ниже относительно верха экрана лежит шум. Предполагаю, что шум будет на уровне -138 дБ при RBW 1 Гц, -128 дБ при RBW 10 Гц, -118 дБ при RBW 100 Гц. Именно этот шум будет определять измерения ФШ (даже если реальный шум гетеродинов анализатора -145 дБн/Гц и ниже). Далее поставьте опорный уровень -10 дБм, аттенюатор выключите. Предположу что шум (DANL, абсолютное значение) лежит на уровне -155-156 дБм/Гц. Если динамика фильтров идеальная, то можно намерить -145дБ...-146дБ от верха экрана (-10 дБм) в 1Гц. В этом режиме уже лучше оценивать ФШ "идеального" синтезатора. Но если тепловой шум прибора, фазовый шум прибора и фазовый шум DUT будут близки по значению, измеренный фазовый шум поднимется децибел на 5 (10lg3 = 4.77дБ).

Про NFE я не говорю, ибо это софтверная приблуда, я же изначально имел в виду железо.

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 20 2011, 17:27

[rloc]

Если Вы будете наблюдать на Вашем PXA, предположим, сигнал с уровнем 0 дБм и ФШ -145 дБн/Гц (допустим, что цифровые фильтры у PXA идеальные: 1Гц имеет динамику за 150 дБ, что не факт), то реальный шум при Ref Level 0дБм, аттенюаторе 10 дБ и RBW 1 Гц в лучшем случае будет лежать на уровне -138 дБ от верха экрана (а не 148 дБ). Ведь маркер, когда пишет дБм/Гц, учитывает и аттенюатор.

Тоже приношу извинения, по-умолчанию стояло усреднение LogPwr, надо было Pwr(RMS), поэтому результаты получились несколько лучше. Поставил 20 дБм/дел, центральная частота 1 ГГц:
1) Ref = 0 дБм (min att = 10 дБ) шум = -146.5 дБм при полосе 1 Гц и ровно на 10 дБ увеличивается с 10-кратным увеличением полосы
2) Ref = -4 дБм (min att = 6 дБ) шум = -150.5 дБм при полосе 1 Гц и также меняется с увеличением полосы
3) Ref = -10 дБм (min att = 6 дБ и меньше сделать нельзя) шум такой же как в пунке 2

По вопросу уменьшения аттенюатора до уровню 0 дБ, буду разбираться.

[Chenakin]

Нет, я пытался спросить совсем о другом. О QuickSyn я уже давно наслышан - классный синтезатор, спора нет!
Но в нём Вы перереносите спектр опоры вверх до 10 или 20 ГГц, а я имел ввиду перенос опоры 10ГГц, типа PSI, вниз, до 1ГГц.

В принципе, разницы особой нет. В QuickSyn используется “смешанная” схема, т.е. перенос и вверх и вниз. На 10 ГГц работать даже проще, т.к. от шумов уходишь довольно далеко и на многие “мелочи ” уже можно не обращать внимания. На 1 ГГц нужно быть намного аккуратнее. Другое дело, если в Вашей фразе “а я имел ввиду перенос опоры 10ГГц, типа PSI” упор делается именно на PSI, т.е. требования по шумам становятся гораздо жёстче. Тут уж придётся помучиться, т.к. даже обычные цифровые делители уже такие шумы не поддерживают, придётся делать аналоговые. Но, всё равно, реально!

Кстати, решил добавить для наглядности картинку фазовых шумов ЖИГ-синтезатора, построенного по схеме, концептуально близкой к QuickSyn. Данный синтезатор лежит в основе нашего СК4-БЕЛАН 240/400.

Интересно (просто интересно, никакой критики), а почему у Вас PLL bandwidth выбран близким к 1 МГц? Если Вы используете ЖИГ, то, всё равно, скорость перестройки будет ограничена, а шумы на 1 МГц теряются, т.е. это, как раз, тот случай, который отстаивал Dr. Drew.

Я тоже сегодня прикинул частотный план и понял, что вполне реально обойтись и одной опорой 10 ГГц, сахваченной петлёй OCXO.

Ну, вот, видите, как быстро у нас всех всё сходится! YIG, если Вы теперь не “раскачегарите” тему PSI то, я чувствую, у нас вообще настанет полный штиль в новых идеях. Ну разве что, Dr. Drew подключится

С этой точки зрения синтезатор принципиально проще.

За исключением одного нюанса. Спектроанализатор можно построить и без использования высокочастотного перестраиваемого синтезатора, используя лишь несколько высокочастотных фиксированных опор, которые можно получить вообще без PLL – просто умножением (или делением). А дальше уже работаешь на низких частотах (ПЧ). Вдаваться в подробности не будем, это уже другая тема, хотя и весьма интересная. А вот синтезатор по своей функции должен перекрывать какой-то диапазон и, обычно, с малым шагом. Кроме того, идиллию по фазовым шумам портит скорость перестройки, которую теперь тоже надо вытаскивать. В общем, букет параметров - работы на всех хватит!

[nickes]

Доброго дня!

Вероятно вопрос больше к Сергею Бельчикову(я пару дней назад задавал вопрос на сайте Эльвиры по FSU). Несколько непонятно, почему такие печальные данные по шумам умножителей на основе SRD. У Вас есть объяснение такому поведению умножителей?
На прикрепленом файле шумы полноценного возбудителя с ЛЧМ, АМ и т.д.(ибо ДДС и соответствующая скорость перестройки в узком диапазоне, в широком начинает подтормаживать PLL, но до единиц/десятков микросекунд довести возможно, проверено). Да, так вот, это макет в котором используется рубидиевая опора 10МГц, затем кварцевый фильтр, а потом я немного промахнулся с уровнями и пришлось добавить нечто типа MSA0505 или MSA1104(сейчас точно не помню) с шумами около 5/6дБ и малым усилением, затем умножитель на 10 и умножитель на 5 и затем на 14. Плюс смесители, дополнительный синтез и т.д. Тем не менее если отталкиваться от Вашего ответа на сайте Эльвиры и совершенно неподходящего выходного уровня возбудителя(-16дБн) я имею -114...-116дБн/Гц(после пересчета с учетом шума FSU) на 10КГц отстройке и -130 на 300КГц отстройке.

Сообщение отредактировал nickes - Jan 20 2011, 23:05

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Chenakin]

Что-то заоблачная цифра. Минус 177 приведённый к 100 МГц. Уровень Паскаля, но нужно ещё и сохранить.

Ну, вот, ждать долго не пришлось. Пропробовать можно, хотя задачка – не подарок. При этом если использовать ФАПЧ (а не прямой синтез), то “в ядре” уходить, скорее всего, следует ещё выше вверх, а не вниз. Имеется ввиду не сам ГУН, а умножитель в петле ФАПЧ. Если использовать умножитель в петле, а не делитель, то шумы детектора и др. элементов (кроме опоры, конечно) будут улучшатся, а не деградировать по тому же 20logN закону. “Мелочь”, но приятно. Способ, я считаю, исключительно простой (я его в той самой книжке использую вообще без всяких особых комментариев) и мне лично очень нравится, хотя всегда, почему-то, вызывает массу скептических замечаний.

[Sergey Beltchico...]

Доброго дня!

Вероятно вопрос больше к Сергею Бельчикову(я пару дней назад задавал вопрос на сайте Эльвиры по FSU). Несколько непонятно, почему такие печальные данные по шумам умножителей на основе SRD. У Вас есть объяснение такому поведению умножителей?
На прикрепленом файле шумы полноценного возбудителя с ЛЧМ, АМ и т.д.(ибо ДДС и соответствующая скорость перестройки в узком диапазоне, в широком начинает подтормаживать PLL, но до единиц/десятков микросекунд довести возможно, проверено). Да, так вот, это макет в котором используется рубидиевая опора 10МГц, затем кварцевый фильтр, а потом я немного промахнулся с уровнями и пришлось добавить нечто типа MSA0505 или MSA1104(сейчас точно не помню) с шумами около 5/6дБ и малым усилением, затем умножитель на 10 и умножитель на 5 и затем на 14. Плюс смесители, дополнительный синтез и т.д. Тем не менее если отталкиваться от Вашего ответа на сайте Эльвиры и совершенно неподходящего выходного уровня возбудителя(-16дБн) я имею -114...-116дБн/Гц(после пересчета с учетом шума FSU) на 10КГц отстройке и -130 на 300КГц отстройке.

В вопросе ФШ нужно оценивать полочные явления и вовремя их избегать. Что я имею в виду? Предположим у Вас опора 100 МГц с ФШ -180 дБ/Гц @10 кГц. Вы хотите ее умножить допустим на 50 и получить -146 дБ/Гц @10кГц. На практике вы не получите лучше -138...140 дБ/Гц. Потому что здесь у умножителей SRD полка. Причем это не полка теплового шума. Выше я уже писал: предположим, что на выходе умножителя мы имеем -20 дБм. Тепловая полка для данного выходного уровня это -177 дБ/Гц +20 дБ = -157 дБ/Гц. Так вот если Вы работаете существенно выше полки умножителя (поскольку на 7ГГц -116 дБ/Гц шум не Бог весть какой), то Вы его с успехом используете без деградации ФШ, потому что деградация у Вас (если она есть) обусловлена другими элементами схемы. В нашем случае мы работаем вблизи полки и для нас она является одним из ограничивающих факторов.

Интересно (просто интересно, никакой критики), а почему у Вас PLL bandwidth выбран близким к 1 МГц? Если Вы используете ЖИГ, то, всё равно, скорость перестройки будет ограничена, а шумы на 1 МГц теряются, т.е. это, как раз, тот случай, который отстаивал Dr. Drew.

Вопрос понятен. На самом деле, если я на своем приборе поставлю спан, например, 100 МГц, где достаточно высокая скорость сканирования (20-10мсек при фильтре 1МГц), то на спектре при узкой петле появляется дребезг, который пропадает с расширением петли или с увеличеним времени развертки. У ЖИГ-синтезатора шум на 10кГц можно дополнительно завалить на 2-3 дБ, если петлю вообще сдвинуть в район 1-1,5МГц. Поэтому часто в спектроанализаторе используется несколько петель коммутируемых в зависимости от спана (узкая на широком, широкая на узком). Мы пока решили остановиться на одной "компромиссной" петле с частотй среза примерно в 600кГц.

1) Ref = 0 дБм (min att = 10 дБ) шум = -146.5 дБм при полосе 1 Гц и ровно на 10 дБ увеличивается с 10-кратным увеличением полосы
2) Ref = -4 дБм (min att = 6 дБ) шум = -150.5 дБм при полосе 1 Гц и также меняется с увеличением полосы
3) Ref = -10 дБм (min att = 6 дБ и меньше сделать нельзя) шум такой же как в пунке 2

В принципе, Ваши результаты коррелируют с моим более ранним утверждением, что анализатор спектра со сквозным коэффициентом передачи (поправляю термины ), лучше, чем -145дБ/Гц сделать нельзя. Я ошибся на 1.5 дБ. Но Вы используете типичные значения, я же говорил про спецификацию. Внесу еще одно уточнение на всякий случай: нельзя сделать, если мы хотим одновременно иметь точку IP3 анализатора выше +15дБм. То, что прибор не позвляет выставить аттенюацию меньше определенного уровня при заданном REF LEVEL связано с тем, что прибор не дает превысить определенный порог в дБ относительно полной шкалы АЦП.

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 21 2011, 10:24

[rloc]

Тепловая полка для данного выходного уровня это -177 дБ/Гц +20 дБ = -157 дБ/Гц.

А не -174 дБм была 50-омная шумовая полка?

Поэтому часто в спектроанализаторе используется несколько петель коммутируемых в зависимости от спана (узкая на широком, широкая на узком).

Примерно также и в PXA задумано, три настройки петли обратной связи:
1) Best Close-In Ф Noise (offset < 140 kHz)
2) Best Wide-Offset Ф Noise (offset > 160 kHz)
3) Fast Tuning

При этом если использовать ФАПЧ (а не прямой синтез), то ”в ядре” уходить, скорее всего, следует ещё выше вверх, а не вниз. Имеется ввиду не сам ГУН, а умножитель в петле ФАПЧ. Если использовать умножитель в петле, а не делитель, то шумы детектора и др. элементов (кроме опоры, конечно) будут улучшатся, а не деградировать по тому же 20logN закону. ”Мелочь”, но приятно.

Почему-то раньше и мысль не приходила умножать обратную петлю. Интересный вариант. В QuickSyn такая же реализация?

[Sergey Beltchico...]

А не -174 дБм была 50-омная шумовая полка?

В литературе того же Аджилента утверждается, что тепловой пол для однополосного ФШ -177 дБ/Гц. Хотя часто это становится предметом спора.

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jan 21 2011, 12:14

[Dr.Drew]

Почему-то раньше и мысль не приходила умножать обратную петлю. Интересный вариант. В QuickSyn такая же реализация?

Видимо, да. Но тут есть подводный камень - если шумы "подставки" в обратной связи выше шумов ФД, то толку от умножения не будет.

По поводу шума 50 Ом, не путайте тепловой шум минус 174 дБм/Гц и фазовую составляющую, меньшую на 3 дБ - минус 177 дБм/Гц. В сумме с амплитудной они дают минус 174.

Сообщение отредактировал Dr.Drew - Jan 21 2011, 12:17

[ledum]

По поводу шума 50 Ом, не путайте тепловой шум минус 174 дБм/Гц и фазовую составляющую, меньшую на 3 дБ - минус 177 дБм/Гц. В сумме с амплитудной они дают минус 174.

И не только 50 Ом. Я думаю любой резистор от тепла шумит минус 174дБм/Гц или минус 177 амплитудного и минус 177 фазового. При 300 Кельвин .

Сообщение отредактировал ledum - Jan 21 2011, 12:36

[Dr.Drew]

Позвольте с вами не согласиться. СПМ теплового шума пропорциональна сопротивлению резистора. А вот то, что половина этого шума амплитудная, а половина - фазовая, это для любого резистора справедливо.

[Sergey Beltchico...]

Видимо, да. Но тут есть подводный камень - если шумы "подставки" в обратной связи выше шумов ФД, то толку от умножения не будет.

По поводу шума 50 Ом, не путайте тепловой шум минус 174 дБм/Гц и фазовую составляющую, меньшую на 3 дБ - минус 177 дБм/Гц. В сумме с амплитудной они дают минус 174.

А когда производитель (допустим, Hittite) нормирует фазовый шум для умножителя в дБ/Гц, что он по Вашему имеет в виду: фазовый шум или фазовый вместе с амплитудным?

Вот по этой ссылке Picosecond тоже говорит о тепловом поле в привязке к своим NLTL-умножителям.
http://www.picosecond.com/objects/RPN-Measurement.pdf

[ledum]

Позвольте с вами не согласиться. СПМ теплового шума пропорциональна сопротивлению резистора.

P=kTdeltaF или если привести к одному Герцу 10лог(1.38*10-23*300)-10лог(1000)=минус 173.8дБм
Что касается частотных и амплитудных - ИФ1603СА четко разделялось измерение амплитудных и фазовых шумов с совсем разными схемами. Но на уровне тепловых шумов это может быть нереально поэтому ИМХО просто принимают на веру равное распределение.
Я немного схитрил с СПМШ (смайлик). Но работать с несогласованными цепями некошерно.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 21 2011, 13:10

[Dr.Drew]

Перепутал с шумовым напряжением.