Вопрос приобрел актуальность после того, как занялся минимизацией фазовых шумов синтезатора частоты. Проблема в следующем. Для получения максимальной крутизны частотной перестройки и перекрытия необходимого диапазона частот, варикапы в ГУН полностью включены в контур. Регулирующее напряжение после петлевого фильтра подается в цепь варикапов через постоянный резистор 10 - 20 кОм для развязки по ВЧ. Было замечено, что фазовые шумы сильно зависят от номинала этого резистора. Чем больше сопротивление, тем больше шумы. Вот тут я немного не понимаю. Почему это так? Что, к регулирующему напряжению прибавляются шумы резистора? Но как это может быть, если резистор включен последовательно с закрытым переходом варикапа, ток через него практически не течет, напряжение на нем не падает. Каким образом могут влиять его шумы?

Ладно, хорошо, принял это явление, как факт. Идем дальше. Подумал, что надо поставить малошумящий резистор. У меня стоит обычный толстопленочный типоразмера 0603. Шумы на такие резисторы не нормируются, начал искать тонкопленочные типоразмера 0603 или 0805. Оказалось, что такие резисторы бывают только прецизионные и найти их в наличии в наших конторах невозможно, в связи с малой востребованностью. Облом!

Хорошо, раз нельзя применить малошумящий резистор, начал минимизировать его номинал При достаточно малом сопротивлении происходит шунтирование варикапов и снижение добротности контура со всеми вытекающими последствиями. Опять засада!

Иду дальше. Ну, думаю, поставлю вместо резистора большую развязывающую индуктивность и проблема решена! Начал подбирать индуктивность. Обнаружилось, что SMD индуктивности больших номиналов работают только на низких частотах. Что будет представлять собой их импеданс на частоте 1ГГц непонятно. Не загробит ли такая индуктивность добротность моего контура?

Вот так и не знаю, как разрешить проблему. Конечно, можно обойтись вообще без резистора и индуктивности, если использовать один варикап в ГУНе. Одним концом подсоединить его в контур, другой конец через емкость на землю. Напряжение подавать в точку соединения варикапа с емкостью. Емкость в данном случае будет емкостью последнего звена петлевого вильтра. Но в моем случае такой вариант не проходит, т. к. использую встречно - последовательное включение варикапов. С одним варикапом не хватает диапазона перестройки.

Что делать?

Возможно большую часть вопроса устранит эта короткая статья

Спасибо за статью! Вопрос, почему резистор влияет на фазовый шум снят. Но вобщем то, как я и писАл, сам дошел до этого экспериментально. Добавлю, в статье учитывается только тепловой шум резистора. У реальных толстопленочных ЧИП резисторов наверное очень высоки и другие виды шумов, типа дробового, фликкер и т. д., что еще более усугубляет проблемму.

Остается главный вопрос - как бороться? Как подавать сигнал с петлевого фильтра в среднюю точку последовательно-параллельно включенных варикапов? Если через индуктивность, то какого типа?
Нужна обязательно ЧИП. Частота около 500 мГц. Индуктивность контура ГУН 18 нГ.

Обычно номинал варикапного резистора находиться в диапазоне 15-30 ком. Видел схему с индуктивностью (5мкГ) но там схема была достаточно высокочастотная (несколько ГГц). Резонанс паразитного LC должен быть далеко и от рабочей частоты VCO, и от полосы пропускания петлевого фильтра. и все равно последовательно резистор включали на несколько килоом.
Решением может быть применение активного петлевого фильтра на малошумящем ОУ- фазовые шумы меньше получаются.
Ну и нельзя включать варикапы в контур полностью- у них добротность по диапазону перестройки меняется, и других нехороших эффектов много. Лучше уж включить частично и разбить на поддиапазоны.

Что значит обычно? 15 - 30 кОм шумят дай бог!
Для кого-то это приемлемо, для меня нет.

По поводу 5 мкГн. А вы можете сказать, каков ее импеданс на 1 ГГц?

По поводу резонанса, на этих частотах, я думаю ни о каком резонансе не может быть и речи.

По поводу активного фильтра вообще не понятно. Причем здесь активный или пассивный фильтр? У меня в фильтре только один последовательный резистор и тот 1кОм. Тут уж никуда не деться.

Варикапы включены полностью для повышения крутизны ГУНа. У меня нет 28В - питания. Всего лишь 3В.

Сейчас я хочу конкретизировать вопрос, дабы не распыляться в ответах на побочные вещи. Как развязать варикапы от управляющего напряжения? Индуктивность? Какой тип? И еще. Все-таки хотелось бы знать, насколько реальные шумы толстопленочных резисторов (0603, 0805) отличаются от тепловых шумов такого же сопротивления? Что-то мне кажется, что реальные резисторы жутко шумят. Ставил для эксперимента советские С2-29. Фазовые шумы были много меньше. К сожалению, конструкция не позволяет применить такие крупногабаритные детали.

Если решите ставить индуктивность, то любую намоточную, многослойные и однослойные (с лазерной подгонкой) имеют большие паразиты. Не сочтите за рекламу фирмы, просто я это применяю, но, например, катушка индуктивности серии LQW18A (Murata) размер 0603, номинал 18 нГ имеет собственную резонансную частоту 5.5ГГц.
По поводу её импеданса. На сайте упомянутой компании есть софт под названием Murata Chip S-Parameters and Impedance Library, там можно посмотреть различные характеристики для индуктивностей разных серий. В приложении приведен скриншот для индуктивности номинала 18 нГ. Точность совпадения приведенных параметров и реальности высокая.

Даа , вопрос весьма непростой ..... я в подобных случаях применял бескорпусную индуктивность , состоящую из нескольких витков тонкого провода . На частотах порядка 1-2 Ггц - скажем , 7-10 витков при диаметре намотки 2 мм . Применять готовые дроссели не удавалось из-за паразитных параметров . Кстати , у меня применение катушки вместо резистора 20-30 Ком было вызвано не требованием малых фазовых шумов , а необходимостью пропускать на варикап широкополосный сигнал , так как это был частотный модулятор в передающей ТВ радиорелейной станции .

Интересно, а насколько сильно шумит Ваш ГУН без ФАПЧ при полном-то включении варикапов в контур и как эта самая ФАПЧ реализована, в смысле небось singe-ship solution применяется? Какой диапазон перестройки требуется - мультиоктавный?

Единственное, что могу сказать про ту катушку- импеданс на 1ГГц у нее еще индуктивный. Это была однослойная катушка 0805 на керамике. Она стояла в готовом приборе, и производитель катушки неизвестен.
Активный фильтр полезен тем, что гарантировано отсекает ВЧ составляющую после фазового детектора просто в силу того, что операционник используется НЧ и частота сравнения находится вне его полосы. Такая схема позволяет радикально бороться со спурами от частоты сравнения ФД.

3 Вольта- маловато будет, те более, что меньше 0.5- 1В на варикап лучше неподавать. Хотяб-ы вольт 5-10 желательно. Если бюджет заедает, использовали в качестве повышающего обычный драйвер RS232. От него и опреационник питали.

Проверять шумы VCO с полностью отключенным варикапом не еть хорошо. Лучше взять батарейку с многооборотным проволочным резистором и выставить напряжение на середину диапазона.
И сам VCO запитать от второй батарейки. Померять спектр в трех точках по частоте и принять его за наилучше достижимый для данной конструкции. Потом замкнуть петлю и посмотреть, что со спектром стало.
Резисторы неприцизионные шумят от протекания тока. А какой ток на варикап? Обычно шума не более чем раза в 2 больше от теоретического, привысить эту величину можно только на очент плохих переменных резисторах. Ну возьмите голубые однопроцентные на пробу (хинт- выпаивать из старых винчестеров WD).

Может набрать нужную индуктивность из нескольких последовательно включенных чип индуктивностей с большой частотой собственного резонанса?
И еще можно попробовать EMI-фильтр на ваш диапазон, у Murata их большой ассортимент.

Напряжение питания 3В. Крутизна перестройки 25МГц/В. Референсная частота 500 кГц. Синтезатор LMX2316. Эти цифры святые.
Я синтезаторами занимаюсь давно, но с проблемой шумов резисторов столкнулся недавно. Думаю, что при такой крутизне перестройки с активным фильтром проблема еще более усугубится. Спуры удовлетворяют - частота сравнения высокая. Фильтр 3-го порядка 1 кГц. Фазовые шумы ниже 1 кГц давятся ФАПЧем.
Все исследовал практически. Прекрасно вижу отличие фазовых шумов с разными резисторами одного и того же номинала и типа (ЧИП 0603) - выходит дело разные они по шумам. 1% резисторы не пробовал. Есть ли смысл? Даже, если попадется нешумящий экземпляр, все равно шумы на толстопленочные резисторы не нормируются, в отличии от тонкопленочных. EMI-фильтры смотрел, Z не превышает 1кОм.

Где достать (купить) тонкопленочные ЧИП резисторы???!!!

Честно говоря, не совсем улавливаю суть проблемы - зачем вообще пользоваться высокоомным резистором для развязки по ВЧ, особенно в Вашем случае? Это первое. Далее, не допускаете ли Вы, что увеличение шумов в случае больших сопротивлений может быть связано вовсе не с шумами резистора. Вообще говоря, эти самые шумы, если мне не изменяет память, не зависят от сопротивления и измеряются в мкВ на вольт приложенного напряжения. Возможно - это результ действия наводок непосредственно на варикап, а уменьшение шумов при уменьшении сопротивления резистора - просто следствие работы варикапа от источника с меньшим выходным сопротивлением.

Спасибо за советы. С шумами резисторов разобрался худо-бедно. Исключил, поставил индуктивность. Но с шумами как таковыми еще валандаюсь.
Хочу задать еще вопросик. Почему, с уменьшением крутизны управления ГУН (уменьшаю связь варикапов с контуром генератора) шумы уменьшаются? Вроде по теории не должно такого быть или я ошибаюсь? Если это шумы, то шумы чего? Если это наводки, то откуда они могут проникать?
Сам генератор (ГУН), если запитать варикап постоянным напряжением, имеет меньшие шумы. Синтезатор запитывал от батарейки, т. е. если наводки, то не внешние. Характер шумов - шумоподобный. Не похоже на спуры. Спектр шумов - максимум где-то на границе полосы пропускания петлевого фильтра и выше, т. е. там, где ФАПЧ уже перестает отрабатывать.

Потому есть несколько причин .
Из тех что знаю точно: варикап - очень шумная вещь в системе ФАПЧ. Потому чем меньше варикап связать с контуром, тем меньше шумов будет передано в контур. Вторая причина - чем меньше связь управляющего элемента с контуром , тем меньше влияние управляющего напряжения, которое в свою очередь сдержит шумы чипа-синтезатора. Думаю это ясно само собой.
Противоречие сего вашим экспериментам с батарейкой объясняю ошибкой эксперимента.


Горб там и должен быть, особенно при неправильном выборе полосы ФАПЧ с точки зрения минимизаци шумов.

Странные ответы вы даете, однако. Даже если принять за правду, что я неправильно подсоединял батарейку к ГУНу, что очень маловероятно, т. к. делаю это неоднократно, чтобы оценить разницу в шумах, получается по вашему, что источником шума является сам варикап? Честно говоря, впервые слышу про такое. Ссылочку не дадите на теорию? Интересно, как же в параметрических усилителях, которые кстати на варикапах строятся, достигают очень низкого коэффициента шума?
Век живи, век учись... Извините, но для меня это действительно вопрос животрепещущий.

Горб шумов всегда на частоте среза фильтра по теории, независимо от того, правильно или неправильно выбрана полоса фильтра. А как можно неправильно выбрать полосу фильтра, если она определяется требованием к динамике системы ФАПЧ? Я бы рад ее пошире сделать, но требования по модуляции не позволяют.

Ссылочку на теорию не дам. Раз ответы для вас странные - ищите самостоятельно. Я высказал свое мнение основываясь на своих знаниях.
Ширина петли фапч может быть выбрана исходя из различных критериев, например тех которые уже тут были оглашены: динамические характеристики, модуляционные характеристики, шумовые.
В частности требования по динамике и шумовые характеристики - вопрос компромисса, так как в малошумящей ФАПЧ полоса узкая.
В правильно выбранной полосе фапч, с точки зрения минимума шумов, горб на экране спектроанализатора еле заметен, поэтому, но я не говорил что его там нет.

Тут надо рассуждать логически . Если шумит больше всего в полосе фильтра , то виноваты те элементы , которые стоят до фильтра - например ФД или опорный генератор . Если шум вне полосы фильтра - виноваты элементы после фильтра , то есть варикап или ГУН , или же наводки на провод , соединяющий выход фильтра с варикапом . Если фильтр активный - то он может влиять и там и тут .

Я бы сказал - Если шум во всей полосе -...

На analog.com есть бесплатная программа ADISimPLL,
и там многое прописано. Еще рекомендую почитать PLL perfomance, simulations and design Handbook,
это вроде на сайте National Semi.

Так в том-то и дело. Всю теорию изучил. Книгу, которую вы рекомендуете, прочитал вдоль и поперек. Симулировал и в PLL perfomance и в он-лайн Easy PLL - Loop Filter Design с NS. Не совпадают практические результаты с расчетными. Не должны расти шумы с увеличением крутизны ГУНа, ну разве что за счет шумов резисторов и шумов тока утечки фазового детектора, изодромного звена и компонентов фильтра. Я и говорю, есть еще какие-то неучтенные источники шумов... или шумоподобных наводок.

Так все-таки, шумят сами варикапы, как тут говорилось, или нет? Если действительно шумят, то какова природа и где про это можно почитать?
Конечно, полученные в результате эмпирической отладки шумы уже стали удовлетворять требованиям с запасом, и вопрос по сути закрыт, но просто любопытно и хочется разобраться с этими шумами до конца на будущее.

Для начала систематизируйте результаты, а то Ваши усилия выглядят несколько хаотичными, по крайней мере, с Ваших слов. . Ищите физику - IMHO, крайне полезное занятие, несмотря на кажущуюся... абстрактность данного совета. .
Получение low noise - это достаточно своебразный процесс...

Почему?
У вас на выходе фильтра после PLL имеется напрежение с некоторым уровнем шума (этот уровень зависит от счемы, частоты сравнения частоты среза и т.д.).
Если у двух ГУНов включеных в цепь разная крутизна то у ГУНа с большей крутизной входные шумы сильнее отразятся на мгновенном уходе частоты (параметр МГЦ/В), что эквивалентно увеличению фазового шума.

Идеальных элементов небывает. Шумят, шумят. Как минимум тремя способами. Первый (очевидный)- преобразуют шумы петли ФАПЧ в шум сигнала. Второй- валят добротность контура (добротность обеденного кремния с выводами и пластиком конечно меньше, чем добротность коаксиального резонатора, хотя кривым проектированием можно добиться, чтобы добротность индкутивности была меньше добротности варикапа ). При подключении варикапа резонансная кривая расширяется в соответствии с потерей добротности контуром. Третье- собстенные тепловые шумы. Это глубоко в теории полупроводников (распределение зарядов в зонах, тепловые колебания решетки итд). Оно вам ненадо, просто помнит об этом и обмерьте свой варикап, чтобы оченить вклад таких шумов.
Т.е кроме промера спектра шумов надо еще собрать тестовую схемку без активного элемента и мерять АЧХ контура в зависимости от напряжения на варикапе. Будет много интересного.
А что бы тут продуктивно обсуждался "бег по граблям" предлагаю поделиться топологией, внешним видом и спектром насилуемго VCO. Спектр желательно при двух-трех различных полосах пропускания фильтра ФАПЧ.
Про уровень сигнала в контуре пока промолчим, а то полезут динамические эффекты и гармоники от "перекачанного" контура.

Я бы не акцентировал внимание на шумах варакторов. Это ловля блох при соблюдении определенных несложных правил конструирования. И уж точно меньше внутренних шумов single-chip снтезатора в полосе ФАПЧ. Уменьшение добротности контура никак не связано физически с собственными шумами варактора.

Варикапы шумят, как и любой элемент, отличный от идеального, т.е. имеющий потери. Об этом говорит ДОБРОТНОСТЬ варикапа (впрочем, как и любого другого коденсатора). При встречно-последовательном включении в контур двух варикапов (тем более полное) их сопротивление потерь (шумов), вносимое в контур, увеличивается. Вы, разобравшись с прочими причинами легко учтете это при расчете. Посмотрите на alphaind.com в части вариантов построения ГУН.

Cдесь тебя уже спрашивали какое напряжение на варикапе?
При напряжении менее 1в начинается протекание тока (и он к сожалению имеет флуктационный вид)

Кстати фокус поднеси к варикапу источник импульсного инфракрасного света (частота импульсов такова чтоб ты видел такую отстройку на спектроанализаторе).
Почти со всеми корпусами проходит.

Добротность контура свидетельствует, скорее, о его способности фильтровать шумы других элементов, нежели производить собственный...

Это всё же не совсем так . Малая добротность означает большие потери в контуре . А потери в контуре можно представить как некое активное сопротивление в цепи ..... а раз активное - значит оно тоже шумит . Грубо говоря - там где есть переход энергии в тепло , присутствует и обратный процесс - переход части энергии теплового движения в энергию шума .

И снова - это не совсем так - малая добротность вовсе не означает наличие больших потерь, как Вы их понимаете. Контур может быть просто нагружен сильно.