Добрый день!
Столкнулся с проблемой.
Имею сверхмалошумящий опорный кварцевый генератор OCXO ГК197-ТС фирмы Морион. Основные требования ко всей проектируемой системе-это фазовые шумы на отстройке 100 Гц от несущей(У ГК197-ТС фазовые шумы при отстройке 100Гц не превышают -155дБн). Из 10МГц необходимо получить 100 МГц с не менее эктремально малыми шумами:-135дБн/Гц. Аналогов такому генерат ору 100МГц в Мире нет(поэтому и хочется малошумящий опорный генератор умножить и получить 100МГц, который не сыскать, а не покупать готовый вариант 100МГц с фазовыми шумами -130дБн(Выигрыш в 5 дБ!!!)). Вернемся к проблеме....Итак, 10МГц умножаем на 10 - ждем ухудшения фазовых шумов на 20lgN. Но только в том случае, если фазовые шумы самого умножителя не превышают фазовые шумы опоры на интересующей отстройке.Есть вариант:использовать диод Шоттки(т.к у него самый низкие фликкер-шумы) в стандартной схеме генератора гармноик. НО! Как мне выбрать диод? Какую точность дает моделироввание и расчет фазовых шумов MWO?И вообще с помощью какого ПО можно рассчитать фазовые шумы схемы(подставляя модели разных диодов)?
Есть вариант с SRD-диодами, но их фликкер-шум велик(кстати в литературе просто пишут, что в малошумящих приложениях используйте диод Шоттки, в менее малошумящих, где требуется лишь эффективность-Step Recovery Diodes).
Короче говоря, какую схему умножителя выбрать в малошумящем приложении и с помощью какого ПО можно смоделировать схему с рассчетам фазовых шумов?
Постепенно прихожу к схеме опорный генератор-умножитель на 5+малошумящий усилитель+умножитель на 2+фильтр+малошумящий усилитель(умножители-на диодах Шоттки Infinion SD_BAS70). И предполагаю получить уровень фазовых шумов -135дБн/Гц. Смоделировал схему в MWO, проверил фазовые шумы, но не знаю, насколько стоит доверять методам рассчета фазовых шумов в MWO?(Кстати моделирование с SRD-диодами показало, что фазовые шумы не отклоняются от всем известного закона при умножении 20lgN, хотя это на практике не так, вот и закралось недоверие). Минимальный уровень нужной гармоники на выходе каждого умножителя-не меньше минус 30дБм(но смогу ли я потом бесшумно усилить данный сигнал?).
Пожалуйста, помогите встать на путь истинный, а то в голове кавардак и ступор!

Добрый день!
Проще и дешевле купить, не зря же в продаже таких генераторов единицы.

Собственно над тем же думал некоторое время назад, но остыл после ознакомления с

http://www.thegleam.com/ke5fx/cg.htm,

там человек из подручных средств сделал генератор гармоник, который при умножении 100МГц Bliley (-130дБн@100Гц) на 25 получил шумы в 92дБн, растеряв по дороге 130-92-20log(25)=10дБ. А может и нет, т.к. у Bliley есть две версии - одна 130дБн@100Гц, другая 120дБн@100Гц.

Короче, ради нескольких дБ заморачиваться не стал и заложил в проект 100МГц от Wenzel.

Ну все верно. При построении своего генератора он использовал step recovery diodes, которые-известное дело-вносят значительные шумы дополнительно к прибавке 20lgN. Я это знаю. Вопрос сотоит в следующем: кто-нибудь реализовывал умножитель малошумящей опорной частоты, да так, чтобы он сам не вносил дополнительных фазовых шумов. Порывшись в различных книгах и мануалах нашел статейки, описывающие методы умножения с применением диодов Шоттки, но на их основе нельзя построить умножитель с коэффициентом умножения больше 5(при входном сигнале 10дБм, уровень 5-й гармоники будет не более -30дБм, а более дальние-и того меньше). Например, схема, описанная Вензелем, умножителя на основе моста. Есть статейка. И в ней говорится, что при помощи этого умножителя(кстати там его позиционируют как утроитель) можно умножить самую малошумящую в мире опору(-155 дБн/Гц) и при этом не внести дополнительных шумов. Вроде как даже привели графики и собрали макет.
Я тоже попробовал...только не собрать макет, а смоделировать в MWO. Но мне так и не удалось согласовать предложенную Вензелем схему по входу(КСВ получилось отвратительное), да и эффективность-не ахти(-20дБм-3-я гармоника, как ее птом бесшумно усиливать еще не разбирался). Может у кого получилось собрать данную схемку?
Я верю, что данная проблема бесшумного умножения решается,т.к. давным-давно HP в одном из своих детищь применила технологию малошумящего умножения при помощи каскадов удвоителей на диодах Шоттки. Они сначала умножели частоту 10МГц при помощи семи удвоителей на диодах Шоттки, а потом 640 МГц умножали уже при помощи SRD-диода. И вроде как добились успеха.

Наиболее малошумяшая схема умножения c большим коэффициентом умножения, насколько я знаю, реализация в петле ФАПЧ с аналоговым фазовым детектором (смесителем), разновидность - direct phase locking с использованием sampling phase detector.

К примеру - 10 Мгц кварц драйвит 100 МГц кварц с полосой ФАПЧ, скажем, герц 300 или сколько там. В этом случае реализуются максимально низкие щумы как вблизи несущей, так и в некотором отдалении от нее.

Читал я мануал, посвященный sampling phase detector. И обратил внимание, что в качестве умножителя или генератора гармоник стоит тот же SRD-диод, который не отличается от всех остальных подобных диодов и соответственно также вносит шумы. Я отнесся к этой схеме с большим недоверием.
Может вы меня переубедите?Или я в чем-то не прав? Да и ребята знакомые собирали схемку на базе MSPD и шумы все равно ухудшились. Не знаю, о чем они пишут, что их MSPD не ухудшает шумы... нет почитал еще раз-ухудшают на 3 дБ.

Так в этом случае в качестве VCO используется СВЧ генератор с высокой добротностью (ЖИГ обычно). У некоторых достаточно низкие шумы, а потом после деления частоты как раз и получаем достаточно чистый спектр. Пишу без цифр, т.к такие генераторы обычно нормируют по шумам на 10 КГц, а не герц.
Самое малошумящее (без оптики) это огромная шайба диэлектрического резонатора из сапфира с добротностью в несколько десятков тысяч на частоту несколько ГГц. Ну а потом делить частоту прескалерами или смесителями, но там тоже набрать шумы можно сильно. Последнее веянее- фапч с ДДС синтезатором в качестве делителя частоты в петле фапч.
Если не секрет-чем такие фазовые шумы измерять? А то симуляторам в таких случаях надо верить с оглядкой- сильно уж этот случай находиться за пределами "нормальных" примененний СВЧ компонент. Так что только макетирование.
Я бы наверно сделал целочисленную петлю фапч на двух кварцах- на 100 Мгц кристалле собрал бы ЭСЛ генератор с контролируемой амплитудой, на кварц бы поставил варикапы, поделил бы частоту на 2 и сравнил бы с упятеренной эталонной 10 . Частота ФД 50 Мгц, полоса петли ФАПЧ несколько МГц.
Или цепочка умножителей на шоттки - упятеритель (генератор нечетных гармоник)+ фильтр + усилитель, удвоитель.

Посмотрите ка на параметры phase-locked генераторов, например, вот этого. -80 дБ/Гц при отсройке на 100 Гц гарантированных. И это на 8 ГГц. При этом указывается, что шум опорного генератора на 100 МГц не должен быть больше -121 дБ/Гц. Пересчет дает величину избыточного шума 3 дБ. И это - при умножении в 80 раз. Для генератора на 3800 МГц шум составляет -95 дБ/Гц@100 Гц, что в пересчете дает -126 дБ/Гц на 100 МГц - уж не знаю, какую опору они для этого использовали. Это - для серийных устройств в диапазоне -45 to +85°C.

Замечу, что при таком коэффициенте умножения нужно учитывать термальный шум в силу небольшой амплитуды рабочей гармоники - недаром же в SPD мощность раскачки до 100 мВт доходит - сколько диод держит.
Поэтому, при малых коэффициентах следует ожидать весьма малую величину избыточного шума.

P.S. Тут даже схема приводится, но она мне не ннравиться

Т.е избытачный шум в SRD-диодах при умножении появляется только из-за того, что он нагревается(то бишь появляется термальный шум). А не означает ли это, что при уменьшении мощности на входе диод будет греться меньше и следовательно избыточных шумов он будет вносить меньше в процессе умножения? Если мне нужно умножить всего на 10? И этой мощности при этом хватит, чтобы получить на выходе 10-у гармонику?


Знаю насчет резонатора на сапфире. Много читал про него. Но к сожалению я ограничен в габаритах и температурный диапазон мне нужно обеспечить -50..+50 градусов. А сапфировый резонатор в таких пределах не работает или будет тяжело термокомпенсировать его и он имеет большие для меня массо-габаритные показатели. Единственный вариант в данном случае-это OCXO. Тем более на сколько я знаю только кварцевый резонатор может гаранировать низкие шумы на отстройке 100Гц(с помощью сапфирового резонатора можно обеспечить еще более низкие шумы на 100 Гц, но они мне, как выяснилось, не подходят(не буду же я сам делать сапфировый резонатор, который будет работать от -50 до +50! Да тогда я разбогатею, если налажу его производство, т.к аналогов ему в мире не будет))


На данный момент занимаюсь моделированием схемки в MWO:OCXO-ФНЧ(для подавления высших гармоник -30дБн, которые присутствую на выходе)+умножитель нечетных гармоник на двух диодах Шоттки HSMS-2810(по описанию имею малый фликкер-шум)-ФВЧ(для фильтрации 1-й гармоники)-малошумящий усилитель(для усиления 2-й гармоники, которая после умножителя будет иметь мощность -14дБм)-ФНЧ(для фильтрации высших гармоник). Кстати пробовал на выходе умножителя поставить сразу ПФ, но настроить его намного сложнее, чем ФВЧ или ФНЧ, поэтому использовал 2 непривередливых фильтра. И таких утроителей будет 2. Тем самым произведу умножение на 9. Мне этого хватит. Что думаете?

to khach: Использование цифры возможно, но затруднительно. Навскидку - использование ADF4002 - модель в целом адвекватна предлагаемому подходу - дает на 100Гц -124 вместо ожидаемых -135. И весь вклад - шум чипа. Полагаю, что применением специально подобранных компонентов - делителя, к примеру - Plessy, суйчас Zarlink, этим баловалась - см. SP8402, и аналогового фазового детектора, можно добиться лучшего результата. Если оценивать performance по figure of merit, то применение HMC440 должно бы привести к желаемому результату (биполярная, хоть и HBT технология сказывается , равно как и высокая предельная частота фазового детектора). Но цена $74.55 ! И 1 Вт потребления

Я бы поставил умножитель на SPD или варакторе.

Если такой подход категорически неприемлим - я бы поставил удвоитель + умножитель на 5 на СВЧ БТ - фильтровать, IMHO, легче.

2NightRain:

Подажите, допустим у Вас получилось создать требуемое устройство, а чем измерять ФШ на 100Гц@100МГц будете, чтоб убедится, что все таки удалось 5дБ выиграть?

Это можно наблюдать если опорный генератор используется в петле ФАПЧ. При умножении - все вылезет .

;-) Да, но при этом нужно знать сколько шума внесли компоненты ФАПЧа. Хотя это тоже решаемо относительным сравнением ФАПЧа тактируемого Морионом*10 и тем же Вензелем.

Но вопрос о том, чем и как измерять ФШ на 100Гц отстройке открытый. Тем более после умножения ФАПЧем и ухудом в ГГц диапазон.

На 100 Гц как раз особых проблем нет- почти обычной звуковой картой (калиброванной по амплитуде) и автокоррелятором (делитель, линия задержки, перестраиваемый фазовращатель, диодный смеситель) полосовой НЧ фильтр пассивный, чтобы нулевую компоненту зарезать и усилок дб в 40 перед входом 24 битного ацп. А вот на 10 Гц там уже лезет НЧ шум измерительной схемы во всей красе. Поэтому и спрашиваю. Кстати, на 100 Гц мерять плохо из-за гармоники сети (зато американцам хорошо) поэтому меряется на 120 Гц.
И вопрос- кто какие фазовращатели использует в автокорреляторах? Интересует именно малошумность.

Измерителем фазовых шумов, который есть у Аджилента или у Роджешфарца. Он спопобен измерять малые отстройки с погрешностью 2 или 3дБ, если не ошибаюсь. С измерением проблем нет. Основная проблема-это обоспечение как можно меньшего фазового шума, чего и пытаюсь добиться. Есть статейка от Вензеля, где в качестве умножителя нечетных гармоник применяется диодный мост. Кто-нибудь пробовал его согласовать по входу без применения трансформатора? У меня не получилось. А трансформатор не хочу применять, т.к. он работает в диапазоне температур от -25 гадусов, а не хотелось бы ставить возле него нагревательный элемент, чтобы обеспечить температурный диапазон от -55 градусов.

Можно по подробней на чем лучше смеситель как калибруется, методика измерения и.т.д.

Плюс вопрос по поводу применяемых линий задержки.

Аппликуха от HP лежит (пока) по адресу http://www.thegleam.com/ke5fx/HP_PN_seminar.pdf
обратить внимание на Delay line phase/frequency discriminator. Линия задержки- кусок полужесткого косксиала или бухта кабеля RG 174. Смеситель- обычный диодный балансный на подходящий диапазон ( обычно что-нибудь от Minicircuits типа SBL-11, RMS-2 итд). Уровень гетеродина - соответствующий применненному смесителю. Ослабление сигнала - такой чтобы смеситель неперегружался. Фазовая задержка- чтобы на выбранной частоте осциллятора был максимум постоянки. По ней и калибруем нулевой уровень амплитуды (учитывая потери преобразования смесителя). Потом отсекаем постоянку ФНЧ или трансформатором, усиливаем звуковую полосу дб на 30-40 и подаем на балансный вход звукового АЦП. Крутим фурье и смотрим спектр любой подходящей аудиопрограммой типа спекрталаба.
Сплиттер- обычный резистивный.
Самая большая проблема- с фазосдвигателем. В принципе можно на него забить, но тогда измерения будут некалиброванные по амплитуде- будет просто показометр, но со спурами ФАПЧ воевать и так можно. Фазосдвигатель надо малошумящий, варикапный сильно шумит, поэтому лучше найти коаксиальную линию с изменяемой длиной (по типу фагота). Или вообще выкинуть его (если работаем с ГУН) и мерять шумы только на тех частотах, где ЛЗ дает нужную фазовую задержку. Обычно несколько подходящих точек на диапазон находиться, а в крайнем случае можно и кабель кусачками укоротить.
В принципе можно сделать петлю АПЧ по захвату частоты ГУН на максимум амплитуды постоянки, но тогда надо в сигнал управления небольшую модуляцию вводить и строить синхронный детектор. Но такой сервис не всегда необходим.
На частотах 20 Гц и более (кроме пораженок от сети) оно меряет вполне нормально, с современными 24 битными аудиокартами можно из 120 дБ мгновенного динамического диапазона выдавить 140-160 дБ накоплением. Но на частотах менее 10 Гц очень сильно лезут НЧ шумы предусилителя, да и АЦП чудят. Поэтому приходиться мерять методами синхронного детектирования- одну шумовую дорожку при выключенном источнике ВЧ, вторую- при включенном и вычислять разность. Еще на НЧ видны фазовые шумы кварцевого генератора аудиокарты. Поэтому вопрос о динамическом диапазоне 130 дБ при отстройке в 10 Гц и остается неясным- даже многие фирменные приборы на такой подвиг неспособны.
Зы в последнее время меряем доработанной референсной платой от pcm4222 http://www.ti.com/litv/pdf/sbau124 - у нее SPDIF выход гальваноразвязан. После замены собственного кварца на более малошумящий, и питании от аккумуляторной батареи в экранированной коробке- результаты нормальные и дешевле на порядок чем фирменный анализатор.

Кстати, у Wenzel есть генератор, значительно привосходящий Морионовский, его параметры -162дБн@100Гц при несущей в 10МГц. Но вот проблема - связались с вензелем, а они говорят что какие либо взаимоотношения с Россиией приостановлены.

Как в такой ситуации быть? Единственное что приходит в голову, так это прикинуться украинской компанией.... ;-)