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

[Пацаев]

Всё очень сильно зависит от заданных шумовых характеристик. На одноконтурной ФАПЧ внесённые шумы для 12 ГГц будут выше, чем при умножении, а профиль ФШ будет далёк от профиля Лисона. Умножать со 100 МГц можно и быстрее, и ровно до 12 ГГц, если не стоит задачи умножения без потерь. Вот так, например:
1. 100 МГц умножаем на 5 с помощью RMK5-751+.
2. 500 МГц на 2 AMK-2-13+, затем на 3 AMK-3-452+.
3. 3 ГГц умножаем на 4 с помощью HMC695LP4.
Но это допустимо только для одной частоты, а не для полосы частот.

Спасибо за ответ, VCO. Если бы перед вами были две задачи - 1) спроектировать УЧ с помощью использования эффекта нелинейности, какую схемотехнику вы бы выбрали в случае высоких требований к фазовому шуму? (Я примерно так понимаю, что минус 130 дБн/Гц при отстройке 10 кГц - относительно невысокий уровень). 2) И тот же самый вопрос об УЧ с ФАПЧ - какая схемотехника, сколько обратных связей? (для данных УЧ, из рекламы хиттайта, достижимы шумы минус 110 дБн/Гц). Еще я так и не смог найти сравнений различной схемотехники УЧ на одной элементной базе, или хотя бы близко к такому сравнению

PS: под схемотехникой УЧ я все-таки хотел бы представлять именно то, что внутри микросхемы. Ту цепочку умножителей, что вы привели - параметры я вижу, но непонятно, что внутри, как именно организованы умножители.

Сообщение отредактировал Пацаев - Aug 5 2014, 12:01

[VCO]

Если бы перед вами были две задачи - 1) спроектировать УЧ с помощью использования эффекта нелинейности, какую схемотехнику вы бы выбрали в случае высоких требований к фазовому шуму? (Я примерно так понимаю, что минус 130 дБн/Гц при отстройке 10 кГц - относительно невысокий уровень).

Тогда такую, какую Вы описАли - семь умножителей на 2, как Александ Ченакин учил, потом 800 МГц бы вычел, если уж надо именно 12 ГГц.

2) И тот же самый вопрос об УЧ с ФАПЧ - какая схемотехника, сколько обратных связей? (для данных УЧ, из рекламы хиттайта, достижимы шумы минус 110 дБн/Гц).

А тут дело не в количестве ОС, а в качестве ГУНа, если переводить спектр опоры в спектр СВЧ-опоры. Не вижу смысла городить многоконтурник ради оптимизации потерь в петле ФАПЧ только для умножения. Проще взять CRO на 3 ГГц, или на 4 ГГц, или на 6 ГГц, оптимизировать суммарные шумы, а потом домножить на 2, на 3 или на 4. Новый писк по минимизации шума - ПАВ-генераторы на кварцевой подложке, то, что выше обсуждалось. Для меня пока экзотика...

[Chenakin]

А что будет вместо ФАПЧ, уж не DDS ли?

Прямой аналоговый синтез и/или upconverter для переноса нужной формы (того же DDS) на нужную частоту.

Согласен, сложность использования диэлектриков - в необходимости хорошей термостабилизации больших объемов, соответственно и затрат мощности. Все дело в диапазоне температурного ухода, который больше диапазона подстройки частоты. Хотя и не исключаю возможность косвенного использования. Еще акустическая чувствительность сильно снижает сферы применения, и никто пока не может сказать о старении, в случае выявления которого, возникнет новая проблема - вакуумировать большой объем, к примеру.

Можно попробовать пофантазировать на эту тему… Берём хороший генератор на единицах или десятке ГГц (DRO, сапфир, умноженный ПАВ – кому, что нравится). Действительно, проблема (если уж упираться в шумы по серьёзному) может быть с перестройкой, как Вы верно подметили. Берем испытанный метод. Есть проблема – ну и … ладно. Не хочет генератор перестраиваться, и не надо. Чего над ним измываться? Возьмём ещё один более-менее нормальный перестраиваемый генератор, например, тот же CRO. Далее - его выход делим вниз до несколько десятков МГц, чтобы получить приемлемые шумы (вещь относительная; для любителей сапфиров можно сразу брать перестраиваемый OCXO или VCXO). Далее – смешиваем первый, фиксированный “плавающий” высокочастотный и второй, перестраиваемый низкочастотный генераторы (считаем, что их шумы получились одного порядка) и выделяем (фильтруем) нужную боковую. В итоге считаем такой вот “бутерброд” генератором, частота которого контролируется по управляющему входу второго перестраиваемого генератора (CRO, VCXO или что там ещё). Весь смысл – получить нужную перестройку, не заморачиваясь оной.

Стоит ли пофантазировать дальше, или numbers не сходятся?

[khach]

Далее – смешиваем первый, фиксированный “плавающий” высокочастотный и второй, перестраиваемый низкочастотный генераторы (считаем, что их шумы получились одного порядка) и выделяем (фильтруем) нужную боковую.

И получаем проблему неподавленной боковой на выходе. Особенно при широкой полосе перестройки. Восможности IRM смесителей далеко не безграничны. Смесители с подстройкой баланса постоянкой приносят в сигнал шумы ЦАПов. Есть конечно одно решение- ЖИГ фильтр. Но тогда "мы снова стоим на дерибасовской" хотя так делть иногда приходится- по сравнению с ЖИГ генератором решегие с ЖИГ фильтром вырезает 2 гармонику. Перестраиваемые фильтры на ферроэлектриках пока малораспространены.
Если мы в качестве подставки исполтьзуем ДДС то вообще получаем волохатость от спуров. Так что подставка ДДС находт применение только в гибридных синтезаторах в канале перед ФД , где спуры режутся и размазываются последующими цифровыми счетчиками, хотя могут и вылезти в самый неприятный момент.

[VCO]

Можно попробовать пофантазировать на эту тему… Берём хороший генератор на единицах или десятке ГГц (DRO, сапфир, умноженный ПАВ – кому, что нравится). Действительно, проблема (если уж упираться в шумы по серьёзному) может быть с перестройкой, как Вы верно подметили.

А разве у ПАВ-генератора тоже шумы резко повышаются после ФАПЧ? Вроде как Temex/Rakon его от кварца застабилизировали..

Берем испытанный метод. Есть проблема – ну и … ладно. Не хочет генератор перестраиваться, и не надо. Чего над ним измываться? Возьмём ещё один более-менее нормальный перестраиваемый генератор, например, тот же CRO. Далее - его выход делим вниз до несколько десятков МГц, чтобы получить приемлемые шумы (вещь относительная; для любителей сапфиров можно сразу брать перестраиваемый OCXO или VCXO). Далее – смешиваем первый, фиксированный “плавающий” высокочастотный и второй, перестраиваемый низкочастотный генераторы (считаем, что их шумы получились одного порядка) и выделяем (фильтруем) нужную боковую.

А фильтруем чем? Широкополосной ФАПЧ?

В итоге считаем такой вот “бутерброд” генератором, частота которого контролируется по управляющему входу второго перестраиваемого генератора (CRO, VCXO или что там ещё). Весь смысл – получить нужную перестройку, не заморачиваясь оной.

Стоит ли пофантазировать дальше, или numbers не сходятся?

Мне идея понравилась! Внесу свою копейку:
ПАВ на кварцевой подложке ФАПЧуем, например, на частоте 937,5 МГц. Умножаем четыре раза на 2, получая сетку частот 1875, 3750, 7500 и 15000,
и делим Centellaxом вниз до десятков-сотен МГц. Если смешиваемые комбинации фильтруем с помощью ФАПЧ, то проблема высоких шумов ДДПКД на дальних отстройках решается шумами ГУНа. В итоге уходим от некогеррентных опор и получаем довольно плотную нарезку частот.

Или я опять порядком шумов ошибся?

[Chenakin]

И получаем проблему неподавленной боковой на выходе. Особенно при широкой полосе перестройки. Восможности IRM смесителей далеко не безграничны. Смесители с подстройкой баланса постоянкой приносят в сигнал шумы ЦАПов. Есть конечно одно решение- ЖИГ фильтр. Но тогда "мы снова стоим на дерибасовской" хотя так делть иногда приходится- по сравнению с ЖИГ генератором решегие с ЖИГ фильтром вырезает 2 гармонику. Перестраиваемые фильтры на ферроэлектриках пока малораспространены.
Если мы в качестве подставки исполтьзуем ДДС то вообще получаем волохатость от спуров. Так что подставка ДДС находт применение только в гибридных синтезаторах в канале перед ФД , где спуры режутся и размазываются последующими цифровыми счетчиками, хотя могут и вылезти в самый неприятный момент.

Я не о том. Речь об опоре, а не о перестраиваемом синтезаторе (я всегда запаздываю на пару недель с комментариями). Т.е. о фиксированном генераторе с низкими (на самом деле) шумами. Получить малые шумы на хорошем резонаторе (DR, лейкосапфир, полый резонатор, ПАВ - нужное добавить/подчеркнуть) не так уж и сложно. Проблемы начинаются потом. Этот генератор нужно перестраивать (в узкой полосе), чтобы зафапчевать его от кварца (а куда ж без него). А перестройка – это расстройка (уход с максимума резонанса), причем полоса перестройки должна перекрывать температурный дрифт и старение. Одно из решений – термостатирование, а это ухудшение шумов при нагреве (хотя можно и не греть, но это уже другая история), потребление, габариты (можно взглянуть на картинку Ракона-Темекса). Отдельная эпопея с перестройкой сапфира, что обычно решается (гусары, молчать!) перестройкой частоты при температурном воздействии. Смысл моего комментария был в том, что проблему можно попытаться решить по другому – см. выше по тексту.

А разве у ПАВ-генератора тоже шумы резко повышаются после ФАПЧ? Вроде как Temex/Rakon его от кварца застабилизировали..

Вот, вот. Его ещё надо застабилизировать, т.е. перестроить, чтобы ФАПЧ замкнуть.

А фильтруем чем? Широкополосной ФАПЧ?

Например, таким же (ещё одним) высокодобротным резонатором.

[VCO]

Я не о том. Речь об опоре, а не о перестраиваемом синтезаторе (я всегда запаздываю на пару недель с комментариями).

Дошло. Это не Вы запоздали с комментариями, это я поспешил с выводами

Например, таким же (ещё одним) высокодобротным резонатором.

Тогда ПАВ-генератор и ПАВ-фильтр на кварце изумительно красиво смотрятся.

[serega_sh____]

Тогда ПАВ-генератор и ПАВ-фильтр на кварце изумительно красиво смотрятся.

Я опять о своем.
ПАВы ограничены частотой сверху.

Может FBAR? Это дальнейшее развитие ПАВов.
книжка

В НижнемНовгороде в КБ Икар, щас этим очень сильно занимаются, исследуют и даже уже чего то измеряют. По их расчетам их резонаторы ограничены частотой 20ГГц!. А Avago уже выпустил первые коммерческие продукты на FBAR резонаторах.

[Vitaly_K]

Прямой аналоговый синтез и/или upconverter для переноса нужной формы (того же DDS) на нужную частоту.

Это к вопросу, что будет вместо ФАПЧ.
Конечно, прямой аналоговый синтез хорош тем, что в принципе может обеспечить наименьшие спуры и наибольшее быстродействие. Но какой ценой? Сложно, большие габариты, потребление, стоимость. Так что синтезаторы на основе ФАПЧ всегда будут альтернативой для тех, кому нужно попроще и подешевле. Я как-то «загнул» здесь на форуме, что PDS решает все проблемы частотного синтеза. Нет, конечно. Заявил так, чтобы спровоцировать обсуждение, хотя это и не удалось. PDS хорош в своём классе синтезаторов, т.е. именно на базе ФАПЧ. Вот и другой вариант, тоже с ФАПЧ, на который я всё пытаюсь вызвать отзывы, но пока безуспешно. Ещё поработал над ним (прилагаю). Можно получить спуры не хуже -66 дБн на частоте 10 ГГц.

Прикрепленные файлы

 Frac_N_PLL_without_DSM.pdf ( 299.32 килобайт ) Кол-во скачиваний: 151

 

[rloc]

Возьмём ещё один более-менее нормальный перестраиваемый генератор, например, тот же CRO. Далее - его выход делим вниз до несколько десятков МГц, чтобы получить приемлемые шумы (вещь относительная; для любителей сапфиров можно сразу брать перестраиваемый OCXO или VCXO). Далее – смешиваем первый, фиксированный ”плавающий” высокочастотный и второй, перестраиваемый низкочастотный генераторы (считаем, что их шумы получились одного порядка) и выделяем (фильтруем) нужную боковую. В итоге считаем такой вот ”бутерброд” генератором, частота которого контролируется по управляющему входу второго перестраиваемого генератора (CRO, VCXO или что там ещё). Весь смысл – получить нужную перестройку, не заморачиваясь оной.

Стоит ли пофантазировать дальше, или numbers не сходятся?

Не сходятся. Как только CRO поделим до шумов SLCO (обозначил так для понятности низкошумящий СВЧ источник), диапазон его перестройки окажется слишком маленьким (относительно SLCO), чтобы компенсировать температурный дрейф и старение. CRO с большим диапазоном перестройки нет смысла брать, его шумы даже после деления не приблизятся к SLCO. В случае OCXO, понятно, ситуация еще хуже. Замкнутый круг. Вижу пока только один выход - сделать делитель CRO дробным (DDS, ДПКД). Хотя тогда и смысл в CRO пропадает, можно и сам SLCO подстраивать: в узком диапазоне - аналоговым способом, в широком диапазоне - дробным делителем.

У меня вырисовывается другой вариант. Допустим взяли мы SLCO, поделили с помощью DDS (ДПКД, как кому нравится), затем смешали с SLCO и выделили одну боковую (ФАПЧ например). Т.е. уже есть механизм компенсации температурного ухода/старения, и не только (правда, оговорюсь, в цифровом виде). Для оценки температурного дрейфа нам понадобится OCXO. Остается каким-то образом передать информацию DDS о разнице между OCXO и SLCO. Вот тут и наступает самый интересный момент. Давайте преобразуем фазовую разницу между OCXO и SLCO в цифру с помощью АЦП, другими словами сделаем преобразователь время-цифра (TDC, Time-to-Digital Converter) и учтем эту разницу при дальнейшем дробном делении. Для этих целей лучше всего подойдут пропорционально-интегрирующие АЦП. Подробности опускаю, если кому интересно могу продолжить. В целом получается некий гибрид в дискретном исполнении, который в мире известен под названием ADPLL (All Digital PLL) и ранее был реализован в основном в интегральном виде. Впрочем даже TDC не нужен - можно просто оцифровывать синус (деленный SLCO) и выделять в цифре фазу (частоту). Такая конструкция становится возможной, благодаря тому, что по цепи компенсации температурного дрейфа (учета шумов более добротного источника) не нужна широкая полоса и не играют большого значения задержки в АЦП/DDS.

Вот и другой вариант, тоже с ФАПЧ, на который я всё пытаюсь вызвать отзывы, но пока безуспешно. Ещё поработал над ним (прилагаю). Можно получить спуры не хуже -66 дБн на частоте 10 ГГц.

Кстати мир не стоит на месте, прочитал недавно о реализации дробного ФАПЧ с шумами -240 дБн/Гц. Как мы помним, год назад было упоминание о -238 дБн/Гц, и то только в целочисленном виде. Если найду, приведу ссылку. На мой взгляд, в этом направлении не последнюю роль играют отличные знания разработчиков особенностей технологии производства микросхем, т.е. скорей разработчик идеи, схемы и топологии - это один человек.

ПАВы ограничены частотой сверху.
Может FBAR?

А FBAR еще по мощности ограничены, при том же произведении F*Q с SAW, выгоды никакой.

[Vitaly_K]

Кстати мир не стоит на месте, прочитал недавно о реализации дробного ФАПЧ с шумами -240 дБн/Гц. Как мы помним, год назад было упоминание о -238 дБн/Гц, и то только в целочисленном виде. Если найду, приведу ссылку. На мой взгляд, в этом направлении не последнюю роль играют отличные знания разработчиков особенностей технологии производства микросхем, т.е. скорей разработчик идеи, схемы и топологии - это один человек.

Цифры, которые Вы привели, хорошие. Но это наверняка в формате FOM, В конкретной схеме это может соответствовать, к примеру, и -140 дБн/Гц, но может и -40 дБн/Гц. Всё зависит от отношения частоты сигнала к частоте опоры. Привычнее было бы использовать формат, принятый на форуме, с описанием конкретной схемы.

[Chenakin]

У меня вырисовывается другой вариант. Допустим взяли мы SLCO, поделили с помощью DDS (ДПКД, как кому нравится), затем смешали с SLCO и выделили одну боковую (ФАПЧ например). Т.е. уже есть механизм компенсации температурного ухода/старения, и не только (правда, оговорюсь, в цифровом виде). Для оценки температурного дрейфа нам понадобится OCXO. Остается каким-то образом передать информацию DDS о разнице между OCXO и SLCO. Вот тут и наступает самый интересный момент. Давайте преобразуем фазовую разницу между OCXO и SLCO в цифру с помощью АЦП, другими словами сделаем преобразователь время-цифра (TDC, Time-to-Digital Converter) и учтем эту разницу при дальнейшем дробном делении. Для этих целей лучше всего подойдут пропорционально-интегрирующие АЦП. Подробности опускаю, если кому интересно могу продолжить. В целом получается некий гибрид в дискретном исполнении, который в мире известен под названием ADPLL (All Digital PLL) и ранее был реализован в основном в интегральном виде. Впрочем даже TDC не нужен - можно просто оцифровывать синус (деленный SLCO) и выделять в цифре фазу (частоту). Такая конструкция становится возможной, благодаря тому, что по цепи компенсации температурного дрейфа (учета шумов более добротного источника) не нужна широкая полоса и не играют большого значения задержки в АЦП/DDS.

Да, так тоже должно получиться, если цифровая PLL потянет нужную скорость перепрограммирования. Кстати, это перекликается с другой идеей стабилизации (временной) синтезатора. Обычно 100 МГц-ая опора в синтезаторе зафапчевывается от внешнего 10 МГц-го сигнала. Другой вариант – не делать этого напрямую, а подстраивать (перепрограммировать) элемент синтезатора, задающий разрешение (обычно DDS). Сигнал с выхода (или какой-то внутренней точки) синтезатора приводится к 10 МГц (например, ещё одним DDS, используемым в качестве делителя) и сравнивается с внешним 10 МГц, сигнал ошибки идёт на подстройку (перепрограммирование) основного DDS, а внутренней 100 МГц OCXO остается “свободноплавающим” (что весьма благотворно отражается на его шумах).

Очень похоже.

[rloc]

если цифровая PLL потянет нужную скорость перепрограммирования

Подразумевал FPGA и DDS внутри него, про SPI можно не думать.

внутренней 100 МГц OCXO остается ”свободноплавающим” (что весьма благотворно отражается на его шумах).

Нравится еще гибкость в параметрах петли обратной связи, всем известная интегрирующая RC цепь заменяется на цифровую. Помните беседу на тему улучшения кратковременной/долговременной стабильности 10 МГц? И о замене одного OCXO кучкой TCXO? Где-то идеи пересекаются, заманчиво перейти на АЦП, как замену классическому ФД. С удовольствием покопался бы в этом направлении, прежде всего в стабилизации СВЧ источника
А как насчет того, чтобы сделать первую петлю в Квике прямосинтезируемой?

[VCO]

Подразумевал FPGA и DDS внутри него, про SPI можно не думать.

Понятно,
DDS=FPGA+DAC
+
ADC
_______________
FPGA
Т.е. чистая цифра, никаких лишних задержек и искажений. Класс!

Прокомментирую, что имею в виду:
От СВЧ-опоры тактируем ядро DDS, собранное на FPGA, сравниваем в цифре с умноженными часами GPS и по разнице стабилизируем СВЧ-опору.

[rloc]

Статья о том, как из простого OCXO на 128 МГц с шумами -180 дБн/Гц (кхе-кхе) получить 10.24 ГГц с шумами -140 дБн/Гц.

"The pursuit for low cost and low phase noise synthesized signal sources: Theory & optimization", Poddar, A.K. ; Rohde, U.L., 2014
 poddar2014.pdf ( 1.06 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 602