Хоть и FPGA,но алгоритмы и методы ведь здесь обсуждают.
Нужно выделить тактовую частоту сигнала QPSK,с помощью нелинейности выделяю эту частоту и подаю на фазовый детектор реализованный на регистре.На выходе ФД получаю шину 14 бит (т.к. ЦАП для управления ГУН 14-ти битный).После расчёта пропорционально-интегральный фильтра (ПИФ) получаю нужный коэффициент передачи пропорционального звена Kp = 4000. Как в таком случае правильно поступить?Ведь не могу же я подать на ЦАП 26 бит кода...

подать биты [25:26-14] ? %)

Хм,но это не что иное как деление на 2^N и означает изменение Kp от расчётного.

ну тогда ищите 24 битный цап %)

для начала в модельке/модеме сделайте, а потом дальше обсудим %)

А как встроить ФАПЧ в модель?У меня не получилось.
Фапч

Как рассчитываете, ФАПЧ получается не полностью цифровая? Как учитываете коэффициент передачи фазового детектора и регулирующего элемента?
Нужна ли такая большая разрядность на выходе фазового детектора, неправильно наверное привязывать её к разрядности ЦАПа?

Спасибо!Аналоговым узлом является ГУН с очень маленькой крутизной (93 Гц / В).Похоже из за этого и не хватает петлевого усиления.Но ГУН менять нельзя.А разрядность на выходе ФД не влияет,если её уменьшить то Kp увеличится во столько же раз,это я пробовал.

Смысл в том что если рассчёты не учитывают аналогового ГУН то возможно всё неправильно. Вот с чего бы влиять на коэффициент передачи если просто округлять младшие разряды, нету никакого смысла в такой точности.

Не,Гун учитывается.Теория взята из Титце-Шенк,стр.490

Если просто обнулять младшие разряды то коэффициент не сильно изменится,если отбрасывать - то изменится.Коэффициент передачи ФД не только от разностной фазы зависит,но и от уровня сигнала.

ну у вас же АРУ стоит перед петлей ? В чем проблема взять столько разрядов сколько нужно. Потом, если вам не хватит петлевого усиления, для обеспечения ширины петли, по месту используйте усилитель ограничитель, егокстати можно включить в петлевой фильтр, все равно в этом фильтре ограничитель есть. Лучше собрать и проверить прямо на макете + по переходной подстроить и форму ПХ и ширину петли %)

У вас аналоговая реализация чтоли? Не торопитесь брать формулы, у вас возможно получается какая-то импульсная ФАПЧ.




АРУ должно обязательно быть. Коэффициент передачи также зависит ещё и от наличия символьных переходов т. е. от данных, преамбул, сопособов скремблирования, кодирования и т. п.

Спасибо!
Похоже мы друг друга не понимаем.
Петлевое усиление пропорционально зависит от крутизны ГУН и коэфф.передачи ФД.Если крутизна ГУН мала,то её чемто нужно компенсировать,где то брать дополнительное усиление.То же самое и с коэффициентом передачи ФД.Посмотрите расчёт,здесь входной выделенный синус имеет величину +-4900 мзр. Конечно можно уменьшить его,например,до +-490мзр, но это в свою очередь приведёт к росту нужного Kp в 10 раз.

По форуму периодически проскакивают ссылки на книгу Титце-Шенк. Можно ли ссылку
Заранее благодарен

Почему аналоговая?Вместо УВХ я могу использовать регистр?




Всё правильно,АРУ есть,но после фильтра у меня чистейший синус выделяется с символьной частотой.(SNR ~60 Db).Его я и подаю на ФД,4 отсчёта на символ.

В общем непонятно как у вас там всё устроено, но есть как аналоговые элементы так и цифровые с дискретизацией, поэтому нельзя тупо брать формулы для цифровой или аналоговой ФАПЧ, возможно кроме коэффициентов нужны ещё будут корректоры с определённой ЧХ. Можно конечно на плате подогнать чисто практически, возможно для QPSK прокатит, но результат не гарантированный, вспомните как пример то обсуждение когда цифровая символьная ФАПЧ глючила из-за такой ерунды в общем-то.

Отличная книга-букварь,уже лет 20 пользуюсь... Только вот от цифры был далёк.
Титце-Шенк

Спасибо большое! Книга действительно очень хорошая!

Схема простая(рисовал в матлабе)

На вход In подаётся сигнал с ФД(с регистра).

Это только часть петли.

Филлипс Ч. Харбор Р.
Системы управления с обратной связью.

http://lord-n.narod.ru/walla.html#PhillipsHarbor

Глава 12. Либо изучайте это, либо как-то так:

Спасибо за ссылку!
Можно уточнить,о каком усилителе речь?Между ЦАП и ГУН его ставить или где?

Да в любом месте его можно поставить, смотрите сами где вам удобнее.

Кстати чем вас полностью цифровая реализация не устроила?

1). Если поставить его между ЦАП и ГУН то в К раз уменьшится точность.В качестве ГУН стоит VCXO с напряжением управления 0...3,3В.Цап тоже выдаёт 0...3,3В и если поставить усилитель,например в 10 раз,то максимальный код в ЦАП не должен превышать +-800 мзр.У меня же требуется усилить сигнал в 4550 раз.Тогда код на ЦАП вообще двухбитовый окажется...
2).Здесь мне демодулировать QPSK не нужно,только вытащить тактовую и отдать её на выход(через разъём другим блокам).

14 бит это точность или разрешение? уж сколько копий было сломано на эту тему, в том числе и на этом форуме. %)
У вас регулирование с ОС, с петлей в которой есть интегратор. Ошибка регулирования должна сводиться к нулю.

Посмотрел ваши расчеты и меня заинтересовал вот какой момент. Крутизна гуна 93Гц/В, максимум вы можете перестроить ваш гун на 300 Гц. Зачем вам такая широкая петля? Я не много понял в вашем расчете, но если "Частота излома ЛАЧХ петли" это ширина петли. то у вас получается петля 40 КГц, прямо как цифровая петля с интерполятором %) Аналоговые петли обычно много уже Или вы ловите сигнал от RС генератора? тогда вы взяли явно не тот ГУН.


ИМХО вы путаете теплое с мягким. Вы рассматриваете систему в режиме сильного сигнала, тогда как работаете в режиме малого сигнала. И именно в этом режиме вы и будете получать вашу полосу.
Я бы сделал так: АРУ-Детектор (14 бит) -> LoopFilter (32 бита, с соответствующим скалированием) -> выкусываю старшие биты и подаю их на ЦАП.

Затем, в установившемся режиме вывожу переходную характеристику петли и настраивать петлю(ширину и качество). Когда выбраны диапазоны регулировки, а результат не достигнут (форма не та, ширина не та) начал бы вводить статический усилитель-ограничитель (а не просто усилитель) до тех пор пока не получиться требуемая характеристика. Обычно я ставлю этот усилитель перед Loop-Filter или включаю его в Loop-filter, т.к. в этом фильтре ограничитель все равно есть.

т.е. вы проектируете систему без арифметических переполнений и когда вводите усилитель для малого сигнала, не забывает поставить ограничитель для большого.

Конечно разрешение,оговорился.

Кажется я понял Вашу мысль,ключевая фраза "малосигнальный режим".Спасибо!
К сожалению параллельно идёт ещё несколько проектов,чуть позже я вернусь к этой теме.

Ещё один вопрос,по другой теме.Цифровые отсчёты синуса подаю на цап (частота синуса 1,6 МГц,4 отсчёта на период),после цапа стоит аналоговый ФНЧ который на частоте 3МГц даёт затухание -60дБ.Не удаётся получить малый джиттер после фильтра.Если частота сигнала кратна частоте дискретизации,то тогда джиттер несколько сот пикосекунд,это устраивает.А вот если частота точно не равна Fs/4 а близка к ней то тогда джиттер около 10 наносекунд,очень много.На какие параметры фильтра нужно обратить внимание для получения низкого джиттера?

Что такое "джиттер" у синусоиды?

Паразитная фазовая модуляция.Если зацепиться синхронизацией осциллоскопа за переход синуса через ноль,то следующий переход через ноль будет через время T/2 +- Terror.
В итоге это не важно,можно поставить компаратор перехода через ноль и смотреть фазовую ошибку на его выходе.

Сигнал на выходе ЦАП является идеальной синусоидой плюс ошибка. В случае ровно четырех отсчетов на период ошибка также периодична с периодом синусоиды. Поэтому весь наблюдаемый таким образом джиттер возникает из-за джиттера клока и шума аналоговых схем. Какой на выходе фильтр - практически не важно. Во втором случае ошибка перестает быть периодической и дает дополнительный джиттер. Как его оценить? Погрешность измерения нуля равна СКО отфильтрованной ошибки в районе нуля деленной на скорость нарастания синусоиды при переходе через нуль. Дальше нужно оценивать ошибку, возникающую из-за неточности дискретизации, и сколько её проходит через фильтр. Ну и если частота дискретизации очень блиизка к 1/4 периода но не равна ей - такая оценка IMHO окажется сложной, так как такую ошибку врядли можно считать белым шумом.

Спасибо!
У меня как раз такой случай
А если вместо ФНЧ попробовать высокодобротный полосовой фильтр с узкой полосой?

лучше мозг не парить а выдуть тот же синус на частоте раз в 16/32 выше %)

Наверняка будет лучше. Так как останется меньше шума. Попробуйте промоделировать в Матлабе, считая для начала АЦП идеальным.

Вобще говоря, про джиттер говорить нельзя не указывая полосу, в которой он измеряется. Как сверху, так и снизу.

Если частота очень близка к 1/4 - возможно можно представить сигнал как периодический в котором изредка один отсчет перескакивает на 1 младшего разряда. Как при этом скачет фаза синусоиды - думаю несложно оценить. К синусоиде добавляется периодический импульс с тем же периодом амплитудой в единицу младшего разряда.

С эффектами концентрации спектра дискретного шума можно бороться, добавляя к цифровой последовательность случайный шум.

Низзя.ЦАП на 200МГц займёт пол платы.Сейчас попробую ПФ.

Полосовой фильтр с добротностью 15 практически никак не улучшил ситуацию,радисты говорят что на имеющейся элементной базе могут сделать добротность не более 50,думаю не сильно поможет.Пока в тайм-ауте.
По первому вопросу о ФАПЧ.Кой чего переделал - всё заработало,теперь нужно выжать количественные характеристики.Выходной параметр у меня один - джиттер.При SNR входного сигнала QPSK 50 дБ получается джиттер не более 1 нс,вполне удовлетворяет.А при SNR 20дБ вырастает до 10 нс,это недопустимо много.Уменьшая полосу пропускания петли ФАПЧ настолько,что при отстройке на 5 Гц захват уже не происходит,можно уменьшить джиттер до 5 нс но с такой полосой захвата это никому не нужно.Что делать?Как бороться с джиттером не уменьшая полосу захвата(устроит полоса и 100Гц)?
1).Когда-то слышал что для подобных задач формируют хитрую ЛАЧХ петли ФАПЧ.Суть в следующем:ЛАЧХ обычной петли ФАПЧ имеет наклон -12 дБ/октава, а при малых коэффициентах передачи формируют наклон -6 дб/октава по понятным причинам.Хитрую ЛАЧХ насколько помнится,предлагали сделать так - на низких частотах сделать крутой спад порядка -48 дб/октава, а при малых коэффициентах передачи перейти к наклону -6 дб/октава.При этом следить чтобы единичный коэффициент передачи обеспечивал нужную полосу захвата.Вроде такая ЛАЧХ должна улучшить фильтрующие свойства.Кто нибудь делал такую штуку?Насколько она сложна в реализации?Какова эффективность применения?
2).А может просто пофильтровать опорную частоту с целью снижения SNR?Обычные полосовые фильтры,похоже,не помогут.А что если применить медианный фильтр?Какие будут мнения?

Немного проясню ситуацию по первому вопросу.Здесь под джиттером подразумевалось дрожание фазы сигнала ГУН в приёмнике относительно тактового генератора в передатчике QPSK.Если смотреть собственно сигнал ГУН в приёмнике то он имеет малый джиттер.

Может быть тогда это джиттер клока передатчика?
Потому что погрешности фаз суммируются, очевидно. И если у приемника малый джиттер (фазы клока), и у передатчика малый джиттер - то откуда берется Ваш ужасный джиттер?

Или может быть Вы неправильно измеряете джиттер? Джиттер можно измерять только на выходе соответствующего измерительного фильтра, выделяющего анализируемую полосу. Отрезающего как сверху, так и снизу. Может у Вас фильтры в разных случаях разные?

Спасибо за ответ.
Нет,джиттер клока передатчика тоже имеет низкое значение.

Тут видимо я не корректно обьяснил.Во втором случае(с ЦАП и аналоговым фильтром)джиттер измерялся так:осциллограф синхронизировался по положительному переходу синуса через ноль (от "-"к "+") и наблюдался отрицательный переход синуса через ноль в режиме накопления.Тут всё ясно.
В первом случае на один вход осциллографа подавался сигнал с тактового (VCXO) генератора модулятора,а на второй вход - тактовый сигнал с тактового генератора демодулятора(VCXO охваченного петлёй ФАПЧ).Синхронизация была по первому входу.Наблюдалась "размытость" переходов второго сигнала относительно первого,т.е. джиттер второго сигнала измерялся относительно фронта первого сигнала.Речь не идёт о джиттере одного из сигналов - только второго относительно первого.Причём если SNR на входе демодулятора установить 40дБ то этот джиттер не превышает 1 наносекунду.При SNR около 15 дБ мне удалось добиться джиттера 5нс,а хотелось бы 1...2нс.Уменьшать полосу петли дальше нельзя - ограничена полосой захвата.Вот такая проблема.

Значит, джиттер у Вас низкочастотный - его энергия сосредоточена на частотах гораздо меньше частоты синусоиды.

Захват - это отдельная песня. Для захвата лучше всего реализовать Кальмановский фильтр, но и обычное переключение параметров фильтра PLL может сойти - сначала грубый захват, потом - точный. Разумеется, порлучить захват лучше чем Кальманоским фильтром, в линейной модели невозможно. Поэтому исходя из теории Кальмановских фильтров можно оценить минимально достижимое гарантированное время захвата. Но в этом процессе много тонкостей: многое зависит от требуемой рабочей точности захвата и возможного начального разброса частот. И не забыть, что сигма - это только 66%

Так и есть.Я уже уменьшил полосу фильтра ФАПЧ до минимума.Похоже нужен фильтр с полосой пропускания в единицы герц.Как такое сделать на тактовой частоте 6МГц - ума не приложу.Причём частота опорного сигнала может гулять в диапазоне +-100Гц.

Никогда ещё не сталкивался с фильтрами Калмана.Буду искать информацию,спасибо!

Вообще говоря это немного странно. Если шум аддитивный и белый - то при отношении сигнал/шум 15 dB погрешность фазы каждого символа должна быть порядка 25 нс. Для белого шума это значит что 1000 периодов более чем достаточно чтобы уменьшить джиттер до 1 нс. Что-то у Вас странное творится.

вот тут http://www.analog.com/static/imported-file..._rev12-2-99.pdf
в главе 4 разбираются такие ошибки

Спасибо!
Интересная статья.



Может я с шумом что напутал.
С помощью LFSR формирую фумовой сигнал в широкой полосе,пропускаю его через аттенюатор и полосовой фильтр с полосой пропускания равной полосе сигнала QPSK.После фильтра шум подаю на сумматор,на второй вход сумматора подаю мой сигнал QPSK.С выхода сумматора подаю на вход АЦП,аттенюатором устанавливаю нужный уровень шума.

Вот картинка.Внеполосным шумом пренебрегаю и считаю что на входе SNR 15 дБ.Правильно?

Вобще говоря правоподобно.
Тем более странно, если шум имеет искусственное происхождение. У Вас, надеюсь, достаточная длина LFSR - частота пововторения последовательности гораздо меньше полосы захвата PLL?
В принципе собственный шум фазовых детекторов зависит от ошибки слежения. Это нелинейные эффекты, поэтому проводимая оценка уменьшения шума при уменьшении полосы не совсем корректна. С другой стороны IMHO странно почему это все могло бы проявиться в NDD схеме фазовой синхронизации. В общем, вывод один - нужно разбираться

Да,достаточная длина.Частота повторения 0,001 Гц.
А почему некорректна?Ведь я должен задать SNR на входе блока,а не после ФД.
Я выполнял расчёты по трём разным методикам,получается примерно одинаковый результат - при SNR 15 дБ должен получить джиттер 1 нс.Честно говоря,уже руки опускаются.

Вы учитываете что в вашей длинной псевдослучайной последовательности могут быть длинные участки с малым количеством символьных переходов, на них соответственно джиттер может быть очень большим вплоть до сбоя ФАПЧ? Для экспериментов лучше использовать не псевдослучайную последовательность а например просто каждые каждые N символов делать переход по диагонали созвездия. Ещё могут быть периодические сбои из-за такой схемы ФАПЧ по типу того как мы с вами обсуждали ошибку цифровой схемы. Все методики скорее всего не соответствуют вашей схеме. Делайте точную модель вашей схемы, если не можете значит можно забыть про полный контроль над ней.

Вы правы,я об этом думал.Поэтому вчера для проверки использовал реальный радиотракт,выходной сигнал которого был с АРУ.При уменьшении уровня входного сигнала тракта на выходе поддерживался постоянный уровень,а вот уровень шума изменялся.При установлении по анализатору SNR 15 дБ величина джиттера была такой же как в случае с LFSR.


Это понятно,спасибо,потому и не удаётся получить расчётную 1 нс. А как сделать точную модель если симулинк не позволяет работать с ГУН в системе дискретного времени?Мы с Вами это когда-то обсуждали.

Кто мешает использовать дискретную модель в системе с непрерывным солвером?

Другое дело что переусложненные модели - это наверняка излишне. Вы что-то существенное просто не замечаете скорее всего.

Вполне может быть и так.Может vhdl код выложить?Не сможете глянуть свежим глазом?
Кстати,загрузка в ЦАП у меня занимает 21 такт(последовательный ЦАП),но маловероятно чтоб это мешало,пробовал увеличивать скорость загрузки (доводил до 7 тактов основного клока) - никакого эффекта.

Спасибо, лучше не нужно.
Я, по крайней мере, от копания в чужом коде удовольствие уже давно не получаю

Ясно,я догадывался об этом .

Чтобы ваша схема соответствовала цифровой ФАПЧ нужно на ГУН подавать дельта-импульс ошибки один раз за символ, что невозможно. Сделайте модель с NCO, но возьмите много отсчётов на символ, скажем порядка 100, всё делайте один к одному как в вашей схеме, такие же герцы на вольты в NCO, весь ваш VHDL код, всё, квантование, ограничители, ЦАП, аналоговые фильтры замените БИХ и т. п. Продумайте как джиттер смотреть будете.

В Симулинке все возможно. Достаточно уметь им пользоваться.