Решил продолжить заброшенный проект генератора FG-951, пытаюсь рисовать аналоговый тракт. Посмотрел устройство близкого по параметрам генератора Rigol DG4000. По размещенным здесь материалам частично восстановил схему аналогового тракта. Возникли некоторые вопросы. ЦАП (или DDS в моем случае) имеет дифференциальный выход. По идее, можно к нему подключить дифференциальный фильтр, но обычно применяют два отдельных фильтра. Так и сделаю. С них дифференциальный сигнал нужно снять и преобразовать в single ended (SE). Специальных подходящих микросхем не нашел, есть AD8130, но медленновата, при усилении 2 не проходит по полосе, да и гармоники быстро растут с частотой. Хочется использовать готовый дифференциальный усилитель, а не делать его на ОУ, чтобы входное сопротивление было одинаковым по обоим входам. Выбрал ADA4927-1. В генераторе DG4000 зачем-то после дифференциального усилителя LMH6552 стоит еще один усилитель на обычном ОУ LMH6702, на выходе которого получается SE сигнал. В чем смысл этого усилителя? Просто для распределения усиления между двумя каскадами? Чем грозит снятие SE сигнала только с одного из выходов ADA4927-1? Надо ли тогда нагружать неиспользуемый выход? Сопоставимого с ADA4927-1 по гармоникам обычного ОУ найти не удалось.

На выходе DG4000 под радиатором стоят параллельно два каких-то ОУ в SOIC-8. Генератор обеспечивает 1Vpp на нагрузке 50 Ом на частоте 160 МГц с уровнем гармоник -40 dBc, т.е. на выходе ОУ будет 2Vpp. Интересно, что там за ОУ? THS3201 или OPA695 что-то близкое могут обеспечить, наверное.

если взять только половину дифф выхода, чётные гармоники будут хуже. встречал цифры 6-10дБ. надо измерять.
правда учитывая THD того же LMH6702 по сравнению с ADA4927, возможно в результате хуже и не будет, только вот что там будет только на половине выхода DDS тоже вопрос.

для 50Ом выхода на DSL драйверы посмотрите еще, вроде OPA267x.

А почему на половине? Когда снимаем с одного выхода ADA4927, это не значит, что используем только один выход DDS.



Драйверы DSL мощные, но медленные. Гармоники сильно растут с повышением частоты. Пока ничего лучше ADA4927 не нашел. Хоть здесь дифф. выход и не нужен, может поставить их пару штук параллельно на выход?

opa2673 - 600MHz, 3V/ns, 700мА выходного тока при гармониках вроде не особо хуже чем THS3201 или OPA695 и если надо 1V на 50 Омах то можно просто похожим ОУ обойтись без дополнительного дифф усилителя.
искажения у ADA4927 конечно очень хорошие, но если брать только половину и сильно нагружать/параллелить, возможно в результате то же и выйдет.

Это верно, гармники близкие к этим усилителям, а нагрузочная способность выше. Тоже неплохой вариант.



Искажения действительно очень хорошие. Как и у других подобных дифференциальных драйверов, например, LMH6554. Не понимаю, в чем подвох. Для обычных (не дифференциальных) усилителей даже близко ничего нет.



Пусть гармоники на 10 дБ увеличатся, все равно будет лучше. По идее, дифференциальный выход снижает только четные гармоники. Но ведь и нечетные у него значительно ниже.



В datasheet есть графики для 200 Ом, на 200 МГц ухудшение примерно 15 дБ по ставнению с 1 кОм, но это терпимо. Можно поставить параллельно 4 шт.



Параллельное соединение как раз уменьшает гармоники. Это эквивалентно увеличению сопротивления нагрузки. В выходных каскадах генераторов широко применяется праллельное соединение ОУ.

может current feedback vs voltage feedback.
первый на высокой частоте себя получше ведёт, возможно в том числе и с искажениями.

то что будет на 10дБ хуже, это цифра с потолка, где-то увиденная для какого-то другого конкретного дифф. усилителя, её проверять надо.

Оно не полностью эквивалентно, есть разбросы параметров между усилителями, и эти разбросы будут сильно нагружены на выходы соседей.
то есть 4 в параллель на 50Ом будет несколько хуже чем 1 на 200Ом, а вот насколько - в даташите такое не напишут, надо измерять.
но конечно 4 в параллель на 50 Ом будет лучше чем 1 на 50Ом.

Это верно, CFB ОУ ведут себя лучше в плане искажений на высоких частотах. Но даже среди CFB ОУ почему-то не находится ничего близкого по гармоникам к дифференциальным усилителям.



Если бы была возможность проверить, тогда и вопроса задавать не пришлось бы. Можно было бы просто собрать несколько макетов, подать сигнал с хорошего генератора и посмотреть выход хорошим спектроанализатором. Но ничего этого нет. Вот я и спросил, в надежде на то, что у кого-то под рукой есть evaluation board с ADA4927 и спектроанализатор.



Выходы соединяются не прямо, а через резисторы, причем довольно большие: на каждом выходе 50 * N [Ом], где N - количество параллельных ОУ. Поэтому больших взаимных токов выход-выход там не будет.

Где- то попадалась схема гибридного выходного усилителя, где НЧ часть спектра давал мощный ОУ, а ВЧ- пуш-пулл на дифференциальном усилителе и ВЧ транзисторах на выходе. Развязка ВЧ каскада была трансформаторная. Оба каскада работали на общий выход и были охвачены ОС.

Спасибо, тоже неплохой вариант. Но он сложнее, поэтому, наверное, актуален для более широкополосного генератора. Здесь же требуется только 180 МГц, это такая пограничная частота, когда еще справляются обычные ОУ. Вопрос стоит, скорее, не "как сделать", а "что выбрать". Можно применить драйвер VDSL OPA2673. Можно поставить параллельно несколько обычных ОУ, например, AD8009, LMH6702, THS3201. Можно применить дифференциальный усилитель ADA4927 в SE режиме (ну и тоже запараллелить).

Остается вопрос и с каскадом перед фильтром. Что будет лучше по гармоникам: ADA4927-1 + дифф. усилитель на ОУ LMH6702 (или любом другом подходящем), или просто ADA4927-1, с которго сигнал снять только с одного выхода. При условии, что усиления достаточно и от дополнительного ОУ оно не требуется.

можно на сайте AD поспрашивать https://ez.analog.com/ , но там со стороны AD в основном сидят индусы которые обычно нихрена не знают, но вдруг.


тогда напряжение на выходе будет совсем не 1В, что на гармониках тоже не в лучшую сторону скажется.

Попробую на англоязычных форумах поспрашивать.



Подождите, а как иначе? На выходе ОУ должен быть резистор 50 Ом для получения выходного импеданса 50 Ом. В случае параллельного соединения ОУ этот резистор заменяется несколькими - по резистору на выходе каждого ОУ. Сопротивление каждого будет равно 50 * N.

На выходе будет 1 V RMS, когда генератор нагружен на 50 Ом. Если он слабо нагружен, на выходе будет 2 V RMS. В меню генераторов сигналов часто бывает пункт "Импеданс нагрузки". Можно установить любой, это никак не сказывается на выходном импедансе генератора, но корректирует шкалу задания выходного напряжения.

Почему Вы говорите, что наличие согласующего резистора негативно скажется на гармониках, я вообще не понял.

Несколько лет назад был озадачен схожей проблемой.
Конечно, ничего лучше 561-го драйвера в таком месте не придумаешь (стоят, например, в WS8102 Tabor Electronics), но купить их не удалось.
В итоге, остановил свой выбор на трех THS3001, включенных параллельно.
Работало как-то так: http://clip2net.com/clip/m7476/1215689973-clip-69kb.jpg
Масштаб 1В/10нс, на 50 Ом

потому что почему-то ошибочно решил что напряжение на выходах будет тоже в N раз выше, видимо забыв что усилителей тоже N штук. так что да, не скажется.

Драйверы хорошие, но этот экзотика. Хотя по гармоникам не сказать, что супер. На частоте 100 МГц обещают -35 dBc при 2 Vp-p. Генератор Rigol DG4000 имеет на частоте 160 МГц -40 dBc, правда, при 1 Vp-p. Там используются параллельно два каких-то усилителя в SOIC-8. Какие именно - загадка.



Такое решение хорошо тем, что не меняя разводки можно попробовать разные ОУ. THS3201 здесь получше будут, но у них ниже допустимое питание. У LMH6702 еще ниже. Хотя в моем случае достаточно ±5 В.



А не смотрели, случайно, спектр на синусоидальном сигнале?

Они очень консервативно оценили линейность, на деле существенно лучше, WS8102 постоянно использую.

Смотрел спектр, но не сохранился. THD, если память не подводит, был около -60дб на 30МГц и 5Вп-п на 50 Ом

Хороший получился импульс, фронт всего 2-3 нс, как его формируете на входе драйвера?

В генераторе прямоугольных импульсов у меня получался фронт 2 нс при использовании на выходе EL7156, которая управлялась от FPGA.

С амплитудой 5-6В на согласованной нагрузке 50 Ом?

Да, при амплитуде 5 В на нагрузке 50 Ом.

А в чём проблема сделать дифференциальный фильтр? считают его как недифференциальный, затем ёмкости между параллельными ветвям с 2 раза меньше делают. У меня куча таких фильтров понаделана, 7-9 порядков Чебышева, от 5 до 400МГц (-3дБ). Сам тоже ставлю ADA4927 - очень хороший и надёжный широкополосный ОУ. В серийную аппаратуру давно заложили это решение и выпускаем продуцию с ЦАП, тиражи - сотни экз.
На выходе на 50 Ом нагрузке - до 1,4В р-р, при гармониках не более минус 72дБ на 10МГц, не более минус 62 на 140МГц. Как-то так...

Как рассчитать дифференциальный фильтр, я знаю. Но смущает тот факт, что в фирменных приборах ни разу не видел после ЦАП или DDS дифференциального фильтра - везде ставят два одинаковых обычных фильтра. На cqham мне дали такой ответ: в дифференциальном фильтре будут паразитные емкости со всех звеньев на землю, что исказит характеристики и сделает настройку настройку фильтра сложной. А в обычном фильтре эти емкости получаются включенными параллельно штатным (которые заземлены), их влияние легче учесть. Хотя лично мое мние, почему не применяют дифференциальные фильтры, это потому что они не подавляют синфазные помехи, их подавление ложится полностью на плечи дифф. усилителя, а в широкой полосе частот он с этим справляется плохо.



А Вы делали сравнение с двумя отдельными фильтрами?



Спасибо, ценная информация. Правильно ли я понял, у Вас на нагрузке 50 Ом размах 1.4Vp-pи (0.5Vrms для синуса), а на выходе ОУ 2.8Vp-p из-за согласования? Получается, ОУ работает на нагрузку 100 Ом, при этом Вы не используете параллельное включение нескольких ОУ? И нагружаете только один выход ОУ?

Что касается влияния именно на характеристику фильтра, то для дифф. фильтра паразитные емкости на землю каждого плеча в итоге дают дополнительную емкость включенную между плечами, величина которой вдвое меньше (т.к. они включены последовательно) . Правда уменьшения их влияния не случится, поскольку "полезная" (расчетная) емкость также вдвое меньше чем у отдельных СМ-фильтров.
Так что разницы в общем то нет.
А вот реальным преимуществом по паразитам дифф. схема дает в плане уменьшения паразитной индуктивности на землю через переходы на земляной слой. Для дифф.фильтра эту индуктивность можно свести к практическому нулю. У кого то, кажется у ADI, был даже AN на смежную тему, там приводились эксперименты с вариантами подключения земляных выводов конденсаторов. Вывод той AN - "используйте по 3шт. via как моджно ближе к pin кондесаторов". Для дифф.схемы все это никчему, т.к. переходов вовсе нет, нужно только обеспечить правильную разводку, которая сама по себе просится - входные и выходные линии должны быть присоединены к пятачку посадочного места конденсатора в разных местах.

Ну а то, что дифференциальный фильтр не ослабляет синфазные помехи, разве не минус? Индуктивность переходных актуальна ближе к ГГц, здесь не та частота.

а куда их ослаблять, ADA4927 сам по себе имеет CMRR -60дБ на 160МГц
у недифференциального фильтра минус что разброс элементов частично превращает сигнал в синфазную помеху.

Краткие комментарии к дифференциальным фильтрам:
1) Спор о том, где больше влияют "паразиты" бесполезен. Для частот выше 100 МГц одним лишь расчетом в filter solutions не обойтись, большой промах, с вытекающей коррекцией. Есть программы, в которых можно учесть топологию с переходными отверстиями, включая влияние паразитных резонансов самих LC элементов, и превратить "паразиты" в полезные компоненты. На основе квазистатических моделей получается хорошее совпадение где-то до 1 ГГц, с ЭМ расчетом - где-то до 5 ГГц.
2) Ригол - это не образец для подражания. Не знаю, какой ЦАП они использовали, но на выходе много побочных составляющих. Как скажется неравномерная нагрузка в полосе и отражения вне полосы фильтра на выход ЦАП и соответственно на его линейность сказать сложно, но скорее всего не самым лучшим образом. Что им мешало поставить, допустим, балун между ЦАП и фильтром? Да и перед усилителем не повредило бы. Потери в балуне при работе в дифференциальном режиме с двух сторон крайне малы.
3) Есть исследования, в том числе Analog Devices, о влиянии синфазности на линейность АЦП и ЦАП - симметрировать вход/выход во многих случаях крайне важно. В современной технике (в первую очередь измерительной) часто встречаются балуны Marki и Picosecond. И обольщаться по поводу высоких характеристик современных операционных усилителей не стоит, они в большинстве тестируются с помощью таких же балунов, хотя производитель не всегда говорит об этом.

Насчет решения с раздельными фильтрами - оно встречается не только у Ригол. Присоединил фрагмент схемы Agilent 33220, там тоже вместо дифференциального фильтра применяются два обычных.



В DG4000 применяется AD9781. Спектр выходного сигнала очень приличный, достичь хотя бы уровня Ригол, и то будет радость. Но что у них применяется на выходе - загадка.



Наверное, работа от DC.

Частота не высокая.


Остается только повторить ) По качеству сигнала ориентировался на картинки по ссылке первого поста. Можете сделать измерение RG4000 на высокой частоте (не равной 100 МГц и не кратной тактовой) при RBW=300 Гц или менее?


При дифференциальном подключении входа и выхода работать будет от DC. На первый взгляд странно, в даташите обычно пишут нижнюю границу. Но если посмотреть на конструкцию, то балун представляет из себя линию передачи с определенным волновым сопротивлением. Так чем будет ограничиваться прохождение постоянного тока? Эффект балуна будет проявляться в подавлении синфазной составляющей на высокой частоте и отсутствии влияния на низкой. И даже при небалансном подключении с одной стороны, на DC упадет только мощность в два раза, за счет работы фактически по одному выходу.

Что Вы! Эти измерения не мои. А мои вопросы как раз с тем и связаны, что из ВЧ оборудования у меня есть только отвертка. Иначе спрашивать было бы нечего, сделал бы макет и измерил.

Синфазная помеха это именно помеха, т.е. сигнал довольно малой величины, которую соответственно не требуется сильно ослаблять для того чтобы она не была заметна по сравнению с уровнем основного сигнала. Ваш ДДС сам по себе (в идеале) не генерирует такого сигнала. Он конечно есть как паразит, но настолько мал, что коэфф. ослабления дифф. ОУ будет скорее всего достаточно.

Разговор шел не о via, а о суммарной индуктивности via + проводник от площадки, да и часть самой площадки тоже.
Не стоит недооценивать влияние такой индуктивности, тем более при работе с ДДС у которого спектр в виде расчески и помимо основной частоты есть множество весьма весомых имиджей. Ваш фильтр ведь нужен как раз для ослабления именно их, так? Можно прикинуть в цифрах.
Есть эмпирическое правило, плюс минус лапоть, но для прикидочной оценки подойдет: индуктивность 1 мм дорожки равна примерно 1нГ. предположим что кондесаторы каждого плеча имеют соединение с полигоном земли длиной 2 мм. Это 2 нГ. для обоих конденсаторов каждого плеча это уже 4нГ (дл дифф.фильтра они также включены последовательно как и сами конженсаторы, но теперь "паразит" складывается). Пусть емкость конденсатора 10пФ. Получим паразитный резонанс 800МГц. Если Ваш ДДС работаес с Fс скажем 500МГц, то это в районе всего лишь третьего имиджа.
PS: Соврал, не третьего, а четвертого (для частоты 160МГц).

Звучит логично. Но остается вопрос, почему в промышленных генераторах применяют два обычных фильтра вместо одного дифференциального?

Согласитесь, не так много примеров взято для сравнения, чтобы делать выводы. И свой опыт нельзя недооценивать.

Тем не менее, эта помеха может быть очень широкополосной. Например, проникновение тактовой частоты DDS и ее гармоник. У усилителя CMRR заметно падает с повышением частоты. Да и вообще, как-то некрасиво отправлять всю эту грязь прямо на ОУ. Два обычных фильтра все эти помехи заметно ослабят, при этом каких-либо серьезных недостатков перед дифференциальным фильтром не вижу, не считая вдвое большего количества конденсаторов.



Свой опыт порой создает некую границу, внутри которой есть ряд проверенных работающих решений, выходить за которую просто не хочется. В данном случае, понятное дело, имеет право на жизнь как дифференциальный фильтр, так и два обычных. Но мне все же интересно, чем руководствовались инженеры, когда закладывали, скажем, в схему Agilent 33220 обычные фильтры. Да и в Rigol не совсем случайные люди сидят, решение используется в линейках DG1000, DG2000, DG4000. Любопытно, но в более быстром Agilent 33250 вообще проигнорировали дифференциальность, сигнал берут только с одного выхода ЦАП MAX555, далее идет обычный фильтр. В Siglent SDG5000 тоже обычный фильтр, перед которым стоит ОУ, преобразующий дифференциальный сигнал ЦАП в SE (спорное решение, на входе ОУ спектр ничем не ограничен). Так или иначе, дифференциального фильтра пока не встречал в генераторах ни разу.

Насколько важны спектральные характеристики в AWG и насколько они важны Вам? Найдите спектроанализатор или аналоговый генератор в составе которых используются DDS/DAC с двумя отдельными фильтрами. Насколько мне известно, в задачах аналоговой квадратурной модуляции, между DAC и смесителем чаще ставят дифференциальные фильтры, там где важнее степень подавления боковой полосы. Единственная причина, которую я встречал в литературе, - это сложность реализации. Тут уже не поспоришь. В каких-то случаях хороший результат получается с неким промежуточным фильтром, посмотрите на аппноут CN-0205.

Для AWG разработчики тоже стараются получить как можно меньший уровень побочных компонентов, это важная характеристика для него. Схем коммерческих измерительных приборов в открытом доступе, конечно, мало, но я ни разу не видел дифференциального фильтра ни в одном приборе. Из спектроанализаторов видел внутренности только DSA815, не припомню там вообще дифференциальных трактов. CN0205.pdf - интересный документ, там как раз говорится, что дифференциальный фильтр не подавляет синфазных помех, и они предлагают некий промежуточный фильтр. Но исчерпывающего рассмотрения вопроса "дифференциальный фильтр vs два обычных фильтра" там нет, да и вообще, нигде не встречал рассуждений на эту тему.

Вот и сделайте комбинированный фильтр, как в документе, или еще более сложный. Как рассчитывать - не знаю, но промоделировать в симуляторе легко.

Как я прочитал, там говорится о том, что дифф. фильтр может подавлять синфазные помехи и шумы, но в данном конкретном случае результат получился лучше с включением некоторых емкостей на землю. Вывод однозначен - составлять квазистатическую модель фильтра с топологией, моделировать и оптимизировать.


О каких спектральных хар-ках можно говорить?

Идея интересная. Но чем такой вариант будет лучше, чем применение двух раздельных фильтров, которые понятно, как считать?



Нет, чисто дифференциальный фильтр не подавляет синфазные помехи. Там говорится о подавлении им дифференциальных помех:





Итересно, а в каких-нибудь учебниках есть хоть что-то про такие комбинированные фильтры?

Вы правильно рассуждаете:
если нужно давить синфазную помеху, нужны раздельные фильтры в каждом плече;
если нужно давить частоты в дифференциальном выходном сигнале, дифференциальный фильтр будет работать.
Но будет ли дифференциальный фильтр эффективнее двух раздельных? Очевидно, нет. Просто в нем конденсаторов меньше.
А если помеха действует в одном плече, тогда дифференциальный фильтр "распределит" ее на оба плеча, превратит в синфазную, и дальше ОУ ослабит.
Так что фильтры должны быть раздельные, и немножечко дифференциальные, пмсм.
Для дифференциальных низкочастотных малых сигналов перед сигма-дельта АЦП тоже ставят простенькие фильтры - два резистора, после каждого по конденсатору на землю, и конденсатор между ними.

Они не синтезируются, а получаются в процессе оптимизации по ряду параметров. Примеры можно найти в программах ADS, AWR, Genesys ...
Accurate High Frequency Lumped Filter Design with Discrete Optimization

А просто: приложить один фильтр к другому земляными цепями, а потом землю кое-где убрать. Разве не то? В спайсе проверить можно.

Отдельный фильтр такую помеху просто ослабит (ток, вызванный помехой, замыкается на землю). А дифференциальный создаст синфазную помеху, что хуже.



Верно. И конденсатор между ними ставится на порядок больше, чем конденсаторы на землю. Так как разброс этих конденсатров резко снижает коэффициент ослабления синфазной помехи для переменного сигнала.

Возращаясь к фильтрам: при моделировании я видел некоторое преимущество дифференциального фильтра при разбросе компонентов, которое проявлялось в виде лучшего подавления синфазной помехи системой фильтр-диффусилитель. Но только если помеха лежала в полосе пропускания фильтра. За пределами полосы подавление получалось хуже, чем для раздельных фильтров.

В документе CN0134 тоже рассматривается комбинированный фильтр. Причем дана таблица номиналов компонентов фильтра для разных частотных диапазонов. Емкости на землю то устанавливаются, то нет.

Получил ответ на форуме Analog Devices:

Именно так




Паразитную ёмкость устраняю вычисткой слоёв под компонентами фильтра.