А встроенную аппаратную рампу LMX2594 использовать можно (Frequency Ramp and Chirp Generation Ability for FMCW Applications)? Хотя б в небольшом диапазоне частот? Или архитектура синтезатора не позволит?
Я вот размышлял по поводу табличноги свипа частоты на базе AD9102, но тоже проблемы с синхронизацией лезут между узлами.

Автокалибровку, необходимую для пилы, запустить не получается.

А я-то подумал, что у вас шумы микросхемы в чистом виде. Успел даже обрадоваться современному прогрессу в построении синтезаторов на одном чипе

LMX2594 работает так, как и должен по идее - ЧФД, ГУН, дробный делитель и все остальне задействовано. Шумы ЧФД подавлены, для чего и потребовалось нарастить сложность архитектуры. Весь синтезатор - 11 микросхем, из них да ФАПЧа, усилители, смесители и мелочь, плюс опора, питание микроконтроллер. По площади он реально меньше пластиковой карты.

Если не секрет, как давите шумы ЧФД? Используете цепочку генератор-генератор гармоник-смеситель-перестраиваемый фильтр-LMX_REF, сигнал с выхода LMX заводите на второй вход смесителя?

Примерно так и есть
Cach, если получится, с Вас Джэка Дэниэлса за идею. Судя по активности, Вы где-то недалеко от меня...

Спасибо за комплимент, но мне до вашего уровня еще далеко Было бы впечатляюще увидеть синтезатор на ладошке с такими шумами.

Я имел ввиду, географически
Думаю,синтезатор не заставит себя долго ждать. Может, к осени уже будет боевой образец для выставки.

Друзья, все мы прекрасно знаем два основных способа синтеза: косвенный и прямой (комбинации пока не рассматриваем). Вопрос: есть ли что-то промежуточное, принципиально отличающееся от этих двух способов, но сочетающее в себе положительные стороны каждого?

1. Скорость, как в прямом синтезе.
2. Простоту (стоимость), габариты, потребление, относительно узкую полосу фильтрации, как в косвенном синтезе.

Кто как думает? Можно ли сделать границу перехода плавной?

Попробую сформулировать вопрос с другой стороны. Возьмем петлю ФАПЧ и начнем постепенно увеличивать полосу. Если предположить достаточно высокое быстродействие, линейность и отсутствие задержек во всех внутрипетлевых элементах, что будет мешать увеличивать быстродействие? Можно ли выкинуть ФД (смеситель) из петли?




Вспомнил, HP в 98 г. предложила свою схему стабилизации на кварцевом резонаторе:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ничего не напоминает? Как раз на проход (S21), вместо отражения. Шумы резонатора никто не отменял, и с этим ничего нельзя поделать?

Были схемы с непосредственной синхронизацией ГУНов сигналом опорной ( или разностной) частоты на далекой субгармонике. Но чтобы это работало, нужна высокая добротность резонатора ГУНа. Например так получалось синхронизировать волноводные генераторы на диоде Гана (инжекцией синросигнала по питанию). Вот только что там будет с ФШ при такой снхронизации в те давние времена исследовать было просто не на чем.
Возможно прийдется к этому техническому решению возврашаться на этапе электроооптических ГУНов на базе лазеров с инжекцией опорной частоты опять же по питанию.

Это как там у Филатова было: “Исхитрись-ка мне добыть то, чего не может быть.”

Исхитрись-ка мне добыть

Промежуточное – это, наверное, всё-таки комбинация. Например, набираем гармоники оптимальным способом, а нужную выделяем фильтром ФАПЧ (N=1). Или же предметом обсуждения могут быть компоненты со свойствами прямого и аналогового синтеза (тот же ГУН с инжекцией) или, например, полностью аналоговая ФАПЧ. Вот, ещё один весьма нестандартный пример из той же серии – квадрокоррелятор:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Вот недавно пришли с такой задачей- синтезатор частот с фотоническим выходом. Т,е синтезатор с перестройкой в диапазоне 1ГГц- 140 ГГц с суб-мегагерцовым шагом и неплохой ФШ, но выход не коаксиал, не волновод, а световод с монохромным лазерным светом, модулированным на заданной частоте. Прямая модуляция полупроводникового лазера такими частотами невозможна, модуляторы тоже не тянут. Приходится городить оптический гетеродин как тут https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1708/1708.05228.pdf
Кто-нибудь уже имел опыт конструирования таких синтезаторов?

Лучше и не скажешь )


В любом случае останется задержка распространения, даже в микрополосковых линиях, пусть маленькая, но она многократно умножится если параметры интегрирующей цепочки подобраны не точно. В результате, при одинаковой ширине полос обычного аналогового фильтра и фильтра ФАПЧ, последний будет раз в 10 дольше устанавливаться. А сократить задержки в активных элементах с расширением полосы - совсем сложная задача. Что остается? Геометрически уменьшить размеры петли и выкинуть все лишнее. В итоге логично приходим:



К этому и подвожу.


Не все так плохо. Приведу боевой пример:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Хороша умножилка? С 2.5 до 20 ГГц без потерь. Думаю, если бы взяли лучше, чем SMA100A, то -130 дБн/Гц можно было увидеть на 10кГц@20 ГГц. Никаких сложных фильтров, многокаскадного удвоения 2 x 2 x 2 ... В микроскоп не разглядишь. А два последовательно включить, то и спуры до 100 дБ упадут. И коэффициент умножения любой. И делителей не надо. Сказка.


Разберемся и с этим "квадракоптером", на досуге.

Я думаю, не стоит преувеличивать влияние геометрических размеров. В противном случае мы бы использовали их во благо, а не во вред – помните ”декоррелятор шумов” (re: вечный двигатель)? Хотя, конечно, иметь малые размеры – это плюс, а не минус.


Любопытная штука. Похоже, нижняя петля выставляет ГУН на нужную гармонику, а потом происходит перезахват верхней петлёй с инжекцией. Я практикую аналогичное решение, только вместо петли с инжекцией у меня гирлянда смесителей (что более предсказуемо, но гораздо более затратно). Перезахват осуществляется просто переключением с помощью переключателя. Хотелось бы понять, как это происходит в приведенном примере. Ещё интересует рабочий диапазон ГУН. Khach прав, обычно ГУН с инжекцией узкополосный и весьма капризный. Картинки, похоже, взяты из какой-то статьи? Можно саму статью посмотреть?


Сказка может быть омрачена технологичностью и повторяемостью. Но сама концепция довольно красивая.

Уточню, критика направлена на размеры обратной связи и большое количество элементов в ней. Как мне кажется, сам синтезатор не обязательно запихивать в спичечный коробок, на первом месте характеристики. Стоит добавить задержку в обычный аналоговый фильтр, он сразу наследует плохие черты ФАПЧ - длительное установление. Яркий пример - ПАВ, с большой задержкой между ВШП. Как только нарушается согласование, переотражения затягиваются по времени и пропорционально увеличивается время установления. По этой причине, неоднократно приходилось отказываться от применения ПАВ при работе с быстрыми сигналами в рабочих платах.


Не сомневался, что понравится.


Насчет предсказуемости можно поспорить. Почему ФАПЧ более предсказуема? Дело в расчете, независимом управлении параметрами. И там, и там ситуация одинаковая.


Khach писал об инжекции через цепи питания - это не серьезно.И речь шла о высокой добротности, а значит инертности к внешним раздражителям. Но мы же стремимся отойти от таких вещей (ЖИГ). Пусть будет ГУН с плохими шумами, захватим его широкой петлей, но с низкими внутрипетлевыми шумами опорного сигнала. В огромном количестве микросхем по CMOS технологии работают делители на инжекции сигнала, уверен многим попадались похожие статьи, но не везде есть рациональное зерно. По памяти встречал генераторы с октавным перекрытием по диапазону захвата, где надобности в предустановке нет. По приведенной статье видна топология из 4-х ГУНов.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


В простоте и повторяемости красота.

Если не против, пробежимся кратенько по статье в диалоге, разберем "полет": плюсы/минусы, где контролировать, стабильность, ...

Да, такой способ есть. См. приложенный файл.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

ГУН с синхронизацией инжекцией в современном мире это экзотика выше 40-50 ггц. Там где прескалеры не работают или прескалеры тоже инжекционные. Поэтому обычно это экзотические полупроводники типа фосфида индия, нитридов итд. Вряд ли получится сделать это на кремнии с вменяемым соотношением цена-качество по сравнению со схемотехникой синтезатора на ФД.
Пр отсутствии полупрводникового производства " в личном владении" только и остается что с диодами Гана в волноводах играться.
При наличии фаба можно конечно занимться такими вещами как Quadrature Injection Locked Oscillator, вытягивая ФШ за счет соединения нескольких осцилляторов со сдвигом фазы.
Ps. вот вообще интересное решение гетеродина-смесителя с инжекционным захватом по оптическому сигналу. Так что не всегда сигнал вводится в схему через выводы активного элемента.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Возможно, будет понятнее, если в моём переводе на русский, см. приложенный файл. Там же добавлен материал о практической реализации.Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Сначала возможные подводные камни. Вот, что пишут сами авторы по ходу статьи:

1. ”Note that this technique can hardly be applied to a simple VCO without a companion phase-locked loop (which ensures the frequency accuracy), since the locking may fail due to the narrow lock range and PVT variations [12], [13].” – стр. 1540
2. ”Note that the noise suppression technique could never be practical for a standalone injection-locked oscillator without frequency-tracking PLL [e.g., Fig. 3B] because the PVT variations would cause substantial performance degradation or simply fail the locking.” – стр. 1542
3. ”The lock range affects the noise shaping of an injection-locked PLL significantly. It is worth noting that the lock range degrades as N increases.” – стр. 1542
4. ”The analysis in Section II implies that a stable and well-behaved subharmonic locking can be achieved, given that the frequency ratio N is less than 10. If we use single-edge injection to lower the power, the maximum N will be cut by half because the effective injection current is reduced by the same amount. To develop general-purpose PLLs which may have much higher divide ratios, we must realize the injection locking in multiple steps.” – стр. 1547
5. ”One issue hidden behind the beauty of the injection-locked PLLs is the pulling between the two locking forces, namely, the phase locking (from the reference PLL) and the injection locking (from the injection signal).” – стр.1544
6. ”Called ”pseudo locking”, this state can never reach a real locking either in phase or frequency.” – стр. 1546


Полностью согласен! Только, вот, статья направлена в редакцию в 2008 г., а сейчас на дворе 2018. Десять лет пролетело, а коммерческого продукта нет (во всяком случае, я не встречал). Значит, не все так просто (собственно, сами авторы об этом говорят – см. выше). А так, да, я двумя руками за красоту .

DDS, конечно, но не в том виде, как сегодня.

А как там дела у Виталия Козлова, чья тема коррелирует с текущей?
Разве его тема не соответствует выкидыванию PD?
Есть мнение, что его расщепитель фаз до 20 ГГц реален в технологии GaN.

Ирония судьбы: сначала узнал про расщепитель фаз о Виталия.
Теперь уже профессионально занимаюсь расцепителями фаз

Дела мои остаются на месте, ни на йоту не продвинулись, в точности с вашими предсказаниями. Ну а в мире наблюдается некоторое шевеление. Спустя два десятилетия после моих патентов, российского и американского, стали появляться зарубежные на эту же тему, см. прилагаемый список. Правда, они слабоватые, дальше 4-х фаз не идут, но со временем, возможно, через последующие десятилетия (чёрный юмор) додумаются и до большего. Вас же поздравляю с восприятием идеи. Кстати, её тоже можно, пожалуй, причислить к среднему между DDS и схемами с ФАПЧ.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Да, камни тоже встречаются.

Сначала введение: почему инжекция сигнала? чем она лучше фильтра на одном резонаторе?
Я считаю, при инжекции сигнала в процессе фильтрации участвуют два явления: селектирующие свойства самого резонатора и кросс-корреляция инжектируемого сигнала с частотой ГУНа (1-ый слайд). Дополнительно к селектирующим свойствам резонатора, на активный элемент можно возложить функции умножения добротности (эквивалентной), как в регенеративном приемнике (интересная штука, рекомендую попробовать), но работающим за порогом стабильности. Условием умножения добротности должно быть приближение мощности компенсации к мощности потерь в резонаторе, т.е. к границе срыва колебаний. Напомню, по материалам статьи собственная добротность резонатора определяется индуктивностью и равна 10. Увеличение инжектируемой мощности (тока) сравнимо с увеличением коэффициента связи и снижением нагруженной добротности - это гибкий инструмент влияния на выгодных для нас условиях. Процесс кросс-корреляции эквивалентен работе ФД - вырабатывается сигнал ошибки, возвращающий фазу колебаний к фазе опорной частоты.


С точки зрения селектирующих свойств, подавления внеполосных составляющих, узкая полоса (высокая эквивалентная добротность) для нас конечно более выгодна, а с точки зрения гарантии захвата и скорости - нет. По материалам статьи, разработчики не используют влияние (или не имеют возможности) на процесс колебаний. Косвенно этот механизм присутствует в виде зависимости полосы и падения мощности от номера гармоники (слайд. 2).


При узкой полосе вполне логично было использовать ФАПЧ для предустановки, и получилось очень изящно (с небольшими изъянами), без отключения вспомогательной петли, над чем мы совсем недавно ломали голову. В противоположность рассматриваемому случаю, в схемах, где нет высоких требований к внеполосным составляющим (цифровые делители частоты с инжекцией сигнала), генератор нагружают достаточно высокой мощностью инжектируемого сигнала и проблем с захватом нет.


Возвращаемся к вопросу о необходимости регулировки инжектируемой мощности.


Конечно, нельзя назвать удачной реализованную схему (слайд. 3)


Да, мы не знаем, во что трансформировался опыт )

Предлагаю плавно снижать мощность инжектируемого сигнала в процессе переключения, захвата частоты (слайд. 4), с соответствующим переходом от широкой полосы к узкой. Поднять мощность, если не хватает, хотя на логических элементах далеко не разгуляешься. Подумать над схемотехникой самого ГУНа, с точки зрения уменьшения потерь при самодетектировании, повышения крутизны х-ки. Предварительная подстройка частоты может быть достаточно грубая, скажем до 500 МГц, с помощью ЦАП. После - полоса удержания намного шире полосы захвата.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Неплохую теорию можно найти в описании инжекционных прескалеров. Которые суть те же ГУНы, но с инжекционной синхронизацией именно гармоникой, а не субгармоникой основного сигнала. Т,е частота инжектируемого сигнала кратно выше частоты генерации.
Использование инжекционных прескалеров это один из вариантов построения петли синтеза на частотах, где счетные прескалеры "не успевают". Т,е на частотах выше 20-200 ГГц в зависимости от полупроводника и/или топологической нормы.

Интересно было бы продумать процесс отключения поисковой ФАПЧ, чтобы она не тянула фазу после перезахвата. Тогда можно было бы использовать дробную ФАПЧ для подстройки на любую частоту.


Такую концепцию с двумя ЦАП простой не назовешь.


Это верно. По-хорошему, надо бы провести детальный обзор литературы и до, и после этой статьи, посмотреть, как решались проблемы, и что имеется на сегодняшний день. Следующее утверждение авторов представляется бесспорным: “Unfortunately, scientists and engineers thus far have neither paid enough attention to it nor recognized its powerful potential.” Собираетесь ли Вы проводить какие-то эксперименты, или это чисто познавательная дискуссия? Кстати, в статье приведена простая схема генератора гармоник (помимо инжекционной ФАПЧ), которая может получиться гораздо более технологичнее SRD. Не хотите попробовать?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Согласно приведенной статье случай с прескалерами будет соответствовать N<1, что обеспечивает наиболее широкую полосу захвата.

В статье с отключением экспериментировали, но разрыва фазы при переключении не избежать - это лишнее время на установление.


Вернемся к слайду 4. Да, но избыточность ЦАП1 под вопросом, все зависит от варианта построения аттенюатора, основная цель - минимум вносимых шумов и широкополосность. Дальше, варианты развития такие: если аттенюатор ступенчатый - ЦАП1 вырождается, если аналоговый - с высокой долей вероятности допустимо использование простой RLC цепочки для придания нужной формы. С ЦАП2 моя позиция жестче, ФАПЧ менее предсказуема для быстрой подстройки, тонкий тюнинг параметров рискует превратиться в шаманство. Для примера, что есть из доступных и простых ЦАПов с малым временем установления? DAC7811 есть ... , достаточно.


Считаю наиболее важным направлением, эксперименты - да.


CMOS технология мне по душе, к сожалению в дискретном виде нет доступных элементов на ГГц частоты. Умножение на логических элементах - вполне рабочий вариант. Сергей собирал умножитель на CML логике, и хорошо если кратко поделится результатами. По SRD - в оригинале скорее нет, альтернативный вид на биполярном транзисторе - однозначно да. По транзистору - хорошая мощность, повторяемость, но спектр гармоник в дискретном исполнении сильно ограничен частотными свойствами доступных элементов, емкость коллектора 0.15 пФ - самое лучшее, и как итог - импульс длительностью 35 пс в лучшем случае (при снижении мощности).

В Phasematrix были генераторы с кодовой установкой частоты, без ФАПЧ. Можно немного о технологии достижения стабильной точности в 1 МГц?



Мне кажется вы пробовали свои силы в полупроводниковых технологиях, есть успехи?

Так вы может не всё понимаете, так как мы всё время разговаривали "на разных языках".
Смысл идеи PDS был понятен сразу - это отсутствие деления в петле, вместо деления - расщепление.
Мне не понятно было то, почему увидев, что идея не работает на практике, Вы прекратили работу.
Точнее, сам синтезатор работал, а ощутимых результатов не было. Помочь я Вам ничем не смог бы.

А то, чем я сейчас занимаюсь - это расцепители 3-фазной сети 50Гц от 100 до 1600 А.
Я справился и с ДНЗ и с ДР, но при переезде в новое здание мне не хватило места в Скарде.
Теперь всё по новой, но уже в принципиально иной отрасли электроники, не менее сложной.

Но я и сейчас жалею, что не ушёл из электроники, просто ничего другого я пока не умею.
Навыки программиста за 10 лет в СВЧ полностью утрачены, да и мозги уже не те. Так вышло.
Увы, но занятие синтезом ни мне, ни Вам не принесло ничего хорошего. Только потеря времени...

Да ничего особенного. Температурный датчик и термокалибровка. Потом были мысли интегрировать что-то типа счетчика, чтобы делать в процессе адаптивную перекалибровку, чтобы учесть другие моменты (старение и т.д.), но особенно это никуда не пошло.

VCO, очень жаль, что Вы ушли из СВЧ. Вообще, эта область специфическая, а специализация в чем-то (тот же синтез) делает специалистов с десятилетним опытом уникальными. В компаниях (да и во всей индустрии) действительно грамотных спецов можно пересчитать по пальцам. Так, чтоб все сложилось – это и ”Троя”, и встретить хороших людей, да и везение к тому же (так чтоб всё сложилось в нужный момент). А неудовлетворённость… Наверное, это нормально. Думаю, ситуация похожая что здесь, что там. Видел, как приходят инженеры (не студенты), которые не знают, что такое 6 дБ на октаву, не говоря уже о каких-то премудростях SRD. Лет десять и уходит, чтобы приобрести необходимые знания и опыт, набивая собственные шишки, конфликтуя и ругая начальство (которое не понимает, не ценит и т.д.), проходя через неудовлетворённость и метания. Правильно ли сделан выбор? Трудно сказать. Может да, а может и нет. Обычно, всем (и мне в том числе), кажется, что нет. Но это хорошо жить задним умом. Только вот после 10 лет приобретения опыта (бесценного на самом деле) я никому не советую менять сферу деятельности (и у себя приходилось такие советы давать вполне устоявшимся инженерам). Получается, вы просто выбрасываете тот интелектуальный капитал, который трудом и потом заработали. А получится что-то с нуля на другом поприще никто не знает. Но, выбор сделан (Вами или за Вас). Остается надеяться, что он будет удачным и пожелать Вам в этом успехов. Всё, что не делается, делается к лучшему. Ну, и оставайтесь в теме (в широком смысле), никто не знает, как что завтра обернется.

Спасибо на добром слове, но я себя к грамотным спецам в синтезе как раз и не относил. Я - скорее генератор идей, чем прилежный исполнитель.
Мне нравилась тема до тех пор, пока я не осознал бесперспективность своего положения на предприятии, поэтому попросил шефа отпустить меня.

Кстати, я Вам также желаю удачи, учитывая то, как Вас пошвыряло по разным предприятиям в последние годы (Phase Matrix, National Instruments, Anritsu, Micro Lambda). И кстати, задумайтесь таки о тех идеях, которые я сгенерировал для DDS (Ну Вы помните, рандомизация и времени, и напряжения ЦАП).
Математически это реализуется куда как проще, чем те самые самокалибрующиеся высокопроизводительные ЦАПы, хотя частота будет конечно пониже.

Насчёт перспектив на новом месте: я скорее на старом закис и обленился. Сейчас осваиваю программирование STM32, ЦОС, совершенствую навыки в AD.
И это только начало, дальше планируется применение DSP и инструментальных усилителей, с которыми никогда не имел дела. Так что, пашу как лошадь

Назрела необходимость, спонтанно, на текущий момент времени поблагодарить всех участников этого форума за острые вопросы, горячие дискуссии, душевный юмор. Просто, без каких-либо мыслей о смене вектора движения, даже наоборот, определения более строгого направления. У меня было много областей деятельности, все они связаны с электроникой. Чем буду заниматься, я знал с детства, без сомнений до настоящего времени. Выражаю огромную благодарность отцу (патенты, приемник Юность-202, модернизация Юность-105, журнал Радио, студийные вспышки) привившего любовь к электронике. Начало - это 6-7 лет, приемники прямого усиления, прямого преобразования (Поляков), регенеративные, сверхрегенеративные. Немного позже, в школе, собирал с отцом цифровые схемы, импульсные источники питания. В институте - фотоэлектронные преобразователи, студийные вспышки. В профессиональной сфере - цифровые сигнальные процессоры, FPGA, высокоскоростные АЦП/ЦАП, СВЧ тракты МШУ, СВЧ усилители мощности до 2кВт, фильтры на МПЛ/ДР, ГУНы, узкополосные синтезаторы с прямым преобразованием. И везде со временем приходило насыщение: а что еще можно сделать нового, куда развиваться? Если бы не QS Александра, не почувствовал бы, насколько интересна тема синтезаторов, насколько много может быть вариантов решений одной задачи, что любой сложный вопрос может иметь простое решение. Если бы не темы Андрея о кварцевых генераторах и умножении на варикапе, не разобрался бы с кварцевыми резонаторами и процессами рассасывания в биполярных переходах. Если бы не Сергей, развитие направления с ЦАП могло просто заглохнуть, не познакомился бы воочию с сапфировыми генераторами и частотной стабилизацией, не узнал бы, насколько сложны в изготовлении и настройке фильтры на объемных резонаторах. Если не Евгений (VCO), не почувствовал серьезность проблем с SRD, необходимость поиска замены. Если бы не Виктор (ledum), меньше было бы в моей копилке оригинальных схемотехнических решений. khach пишет о 200ГГц - вообще космос, другое измерение, страшно туда заглядывать. Олег (Шаманъ), тау, vhk, noise, AFK, не всех знаю по имени, частенько преподносят приятные сюрпризы в виде оригинальных алгоритмов решения.
Такой концентрации интересных людей пока не встречал ни в одной теме. Многочисленные спорные вопросы вызывают здоровую злость внутри - это бодрит, держит в тонусе и заставляет двигаться вперед. Сказанное можно воспринимать, как напутствие на плодотворную работу, в первую очередь сомневающимся.

Я с подобным вариантом экспериментировал. NL27WZ86 давала до 900МГц гармоники с приличным уровнем, потом наблюдался быстрый спад (умножались 60МГц), SN74LVC1G86 выше 500МГц не смотрел. Но меня интересовал не лес гармоник, а умножение на определенное четное число (на два и на шесть), и здесь больше всего мне понравился вариант когда лог. элемент в цепи задержки заменен Г-звеном и его подстройкой можно добиться максимальной амплитуды нужной гармоники (есть подозрения, что и лес гармоник в таком варианте будет получше выглядеть). Как по мне очень удобный вариант, удвоитель так вообще шикарный выходит (с неплохим подавлением основной и третьей гармоники).

Пара картинок - опора 60МГц, лог элемент в цепи задержки:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Здесь звено настроенное на максимум шестой гармоники:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

обратите внимание на уровни гармоник. Шумы умножителя не смотрел - схема не нашла применения у меня.

фотошоп.
когда после ХОR уровень 2-й гармоники максимальный для 120М стоило бы ожидать на 3-й(360М) от -10 до -20 dBc. Это шаманство колдунство какое-то .

Ну там как бы и есть -10дБс относительно уровня второй гармоники Кроме того на первой картинке задержка сделана обычным лог. элементом, соответственно не факт, что уровень второй гармоники был максимальным - он был таким какой получился.

ааа, я то, по простоте, смотрю зеленую линию спектра и вижу -90

Актуален вопрос умножения не до 1 ГГц (там вариантов много, и ваш - увы не идеален), а от 1 до 4 ГГц. Вот там я реально шаманил с ДНЗ.
Закончилось конструкцией в стиле "матрёшка": Кольцо диаметром 3 ммм, внутри кольцо - 2.5 мм, внутри кольцо - 2 мм... И всё работает!
Кольца распаиваются между двумя большими СВЧ-кондерами, второй дублируется двумя меньшими номиналами справа и слева от бОльшего.
Вначале, когда кольца параллельны земле, ничего не работает. Отгибаются крылышки меньшего кольца - заработало! Дальше - с бОльшими.
Регулировка системы колец оптимизирует ФШ, АШ и паразиты ДНЗ. В итоге получаются седлообразные цепи согласования ДНЗ с нагрузкой.

На момент когда я экспериментировал с этим делом (прошлым летом) у меня не было доступа к анализатору спектра, потому воспользовался комбинацией генератор+смеситель+звуковая карта. В этом варианте уровень каждой гармоники измеряется отдельным замером, потому и такая странная картинка.

Можно подробнее о кольцах? Не слышал раньше.
Хорошо если есть статья по согласованию, для ознакомления. Предполагаю, что цепи согласования импульсных сигналов должны быть как можно более линейны по ФЧХ (меньше колебания ГВЗ), иначе сложение гармоник с измененными фазами (на смесителе или ФД) приведет к росту ФШ около полезной гармоники. С этой точки зрения, под большим вопросом фильтрация гармоник многозвенным полосовым фильтром (ЖИГ например).

Вернусь к вопросу о 30 дБ/дек.

Посмотрел пару картинок из области низких частот и пришел к выводу, что два алгоритма уменьшения ФШ нельзя смешивать в одну кучу:

1. Линеаризация активного элемента (уменьшение собственного фликкера активного элемента).
2. Фильтрация ФШ высокодобротным резонатором + умножение добротности.

Это два разных независимых механизма уменьшения ФШ. Для случая, который мы рассматривали пару месяцев назад, работает только 2-ой механизм, а собственный фликкер активного элемента не уменьшается (если не увеличивается). Ясность в общее понимание вносит один эксперимент с умножением добротности, проведенный на частоте ~1 МГц.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ссылку на материал статьи не привожу, поскольку она раскидана по нескольким изданиям разных лет. Особенность эксперимента на низкой частоте состоит в том, что собственный фликкер активного элемента значительно меньше полуширины х-ки резонатора. При умножении добротности полуширина х-ки резонатора уменьшается, а собственный фликкер активного элемента остается на месте. В результате, от наклона 20 дБ/дек ФШ переходит к 30 дБ/дек, и при этом уменьшается. А механизмы умножения добротности на СВЧ и НЧ абсолютно одинаковые, в обоих случаях коэффициент связи стремится к критическому, хотя по схемам реализации они разные. Тогда и формула Лисона начинает совпадать с экспериментом, нет противоречий, так и должно было получиться, 30 дБ/дек.

А вот то, насколько мы можем умножить добротность, зависит не только от приближения коэффициента связи к критическому, но и от пролазов в циркуляторе (гибридном мосте), смесителе (ФД) ... И если на более низкой частоте коэффициент связи можно сделать ближе к критическому, и пролазы меньше, то и эквивалентную добротность можно получить больше, сравняв по эффективности обычный ДР с сапфировым.

Про возможность комбинации 2-х методов снижения ФШ пишет Иванов (первая статья из сообщения). К сожалению, механизм линеаризации активного элемента присутствует в неявном виде, но его можно реализовать более эффективно.


В определенной мере стал понятен смысл кварцевой фильтрации/стабилизации, предложенной Дрисколлом в 1986 г. и перекочевывающей из одной статьи в другую с разными интерпретациями:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Чаще в комментариях к схеме присутствуют слова о "якобы" двойной роли резонатора в таком включении: как элемента фильтрации ФШ в контуре основного генератора при работе на отражение, и как дополнительного фильтра при работе на проход. Без важности приближения коэффициента связи к критическому (Rисточника = Rрезонатора + Rнагрузки) и подчеркивании роли умножения добротности (эквивалентной), долгое время не понимал преимуществ именно этого способа включения, перед другими. Фликкер активного элемента при этом никак не уменьшается, а запас по коэффициенту усиления бесполезно уходит на насыщение транзистора. Работает только один механизм снижения ФШ.

Не только фликкер, но и коэффициент шума, который становится не понятно какой величиной в насыщении.


Алексей, какой смысл Вы вкладываете в понятие “умножение добротности”? Если можно, коротко (тезисно) 1) Определение и 2) Механизм.
Просто я привык смотреть на вещи проще, не прибегая к хитрым терминам без крайней на то необходимости. Вот, например, Сергей (как мне показалось) говорит о замене S21 на S11:

- что вряд ли можно назвать умножением. А что Вы вкладываете в этот термин? Пока я остаюсь солидарен с Андреем (после наших долгих дебатов тэт-а-тэт), который очень красочно сказал:

И, кстати:


По-моему, именно в таком режиме (S11) работает классический ЖИГ-генератор с отрицательным сопротивлением, да ещё и перестраивается в широкой полосе частот. Или речь была исключительно о сапфире?

В Feed-Forward коэффициент шума не всегда меньше. В Feed-Back обратная связь улучшает согласование по входу и выходу.


Лишние термины не к чему, но в данном случае они имеют прямое отношение.

1) Своими словами, умножение добротности - некоторая схема включения резонансного элемента, приводящая к росту крутизны ФЧХ по одному из параметров (Sxx) относительно максимально возможной крутизны слабонагруженного резонансного элемента, сравнимого по ненагруженной добротности.

2) Механизм - компенсация потерь (активного сопротивления) резонансного элемента. Кратко, на примерах - компенсация отрицательным сопротивлением активного элемента, прямым вычитанием ... и т.д. Основное отличие от классических схем - высокая степень приближения сопротивления компенсации и сопротивления потерь, чаще получаемое (приближение) за счет избытка усиления (можно считать ключевым словом).



Речь может быть о любом резонансном элементе, обычно предполагаю максимально широкий круг участников: от LC и кварцевых резонаторов до диэлектрических и объемных. ЖИГи делают как правило на одном транзисторе, какое там может быть усиление? На 100 МГц у одного транзистора (биполярного) достаточно большое усиление, чтобы за его счет приблизить отрицательное сопротивление к сопротивлению потерь, что впрочем не всегда делают или не уделяют должного внимания. А грамотно трансформировать избыток усиления - не всегда тривиальная задача. Моя попытка деления на фильтрацию (умножение добротности) и линеаризацию напрямую связана с тем, на что тратить усиление.

Принимается. Давайте двигаться дальше.


Вы сами понимаете, что выводы весьма оптимистичные. Давайте разбираться, какие тут подводные камни (ну, или заменим сапфир на LC-контур, да и всего делов-то ).


Допустим, у нас есть резонатор с некоторой известной (измеренной) добротностью и потерями. Также есть усилительный элемент, в котором мы каким-то образом можем регулировать отрицательное сопротивление. Подключаем резонатор и начинаем плавно увеличивать отрицательное сопротивление. Что будет происходить с “эквивалентной” добротностью? В какой-то момент потери полностью скомпенсированы, выполняются условия баланса фаз и амплитуд, и начинается генерация. Какое будет значение “эквивалентной” добротности в этом случае? Как рассчитать фазовый шум? Какую величину добротности использовать: ту начальную (нагруженную), или “эквивалентную” скомпенсированную? Заметьте, при генерации потери будут полностью скомпенсированы (баланс амплитуд), и что будет с добротностью?


Как Вы предполагаете “грамотно трансформировать избыток усиления”?


Прекрасно. Давайте возьмем LC-генератор на 100 МГц (легко собрать на коленке) и попытаемся приблизится по шумам к кварцевому. Как практически Вы это представляете?

P.S. Я сознательно упрощаю и утрирую, а также повторяю некоторые моменты. Цель - прочувствовать всё на подсознательном уровне (повторение – мать учения), а также дать возможность подключиться другим участникам, кто не участвовал в дискуссии и не читал Ваши ранние комментарии.

Да-ну, какая там статья, всё много туманнее и шаманнее:
1. Посчитал я длину дуги согласования, кинул её - есть контакт, но сигнал дрожит и неустойчив.
2. Попросил самую искусную монтажницу Иришку в помощницы, тоже самое сделала - тоже плохо.
3. Попросил Ирочку скрутить полтора витка и растянуть между конденсаторами - полная лажа.
4. Положили полтора витка параллельно корпусу - заработало лучше, но всё ещё не так, как надо.
5. Ткнул зубочисткой к корпусу в той точке, где у полутора витков один провод - заработало чётко.
6. Скрутили несколько, засунули в камеру - на минусах всё логично предсказуемо рассыпалось.
7. Стоим с Иришкой и Сашкой (программистом) думаем: Ну чего же ему не хватает? Что осталось?
8. Сашок-программист говорит: "Разумеется, вам нужен виток, раз 1/2 - мало, а полтора витка много."
9. Я сказал: "Саш, а как ты представляешь один виток между СВЧ- конденсаторами в плоскости?
10. Пробовали до этого один виток в объёме - вообще ничего не работало никаким образом...
11. Стоп, виток в плоскости - это два по пол витка, может что-то в этом есть? Может попробуем???
12. Ира скрутила кольцо на сверле D=3мм и идеально распаяла между конденсаторами. Заработало!
13. Уровень был слабоват, я пошевелил полукольца - он вырос. Начал сводить их в центре - супер!!!
14. Уровень был ломовым, по моим понятиям, около 0-5 дБ на 8-12 ГГц при исходных 23дБм и 1 ГГц.
Продолжение следует...

Да, было бы неплохо ) Давайте перейдем к тонкостям и нюансам.


С этого момента появляются встречные вопросы. С какой точностью можно приблизить отрицательное сопротивление к сопротивлению потерь? Условие равенства сопротивлений и условие баланса фаз и амплитуд - это одно и тоже или разные условия?

Для полноты картины, внесу маленькое уточнение. Под равенством сопротивлений я понимаю не среднее значение, а мгновенное, т.е. в каждый момент времени, в любой точке осциллограммы синусоиды должно выполнятся условие равенства сопротивлений. Теперь представим, что сопротивление усилителя входное/выходное имеет зависимость от мгновенного значения амплитуды:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Фазосдвигающими цепями это сопротивление преобразуется в отрицательное. Будет ли оно совпадать с сопротивлением потерь? Допустим не будет, генерация сорвется?


Да, на таких простых вещах удобнее разбираться. Пока пропустил часть вопросов, ответы есть.

имхо, в жизни такого не бывает. Нелинейность всегда присутствует в генераторе, иначе генератор не может работать. Амплитуда генерации стабилизируется рано или поздно , только благодаря лишь нелинейности в цепи ОС или в активном элементе.

при неравенстве сопротивлений энергия генерации,даже мгновенная, либо убывает, либо нарастает. Для стабильных колебаний от периода к периоду и на длительных участках достаточно чтобы сопротивления в среднем за период совпадали. Простые автогенераторы не содержат сложных цепей АРУ, поэтому в них резко(более резко) выраженная неравномерность усиления на периоде колебания для активного элемента и вносимого R- в цепь резонатора.

Хм, как интересно. Значит, если мы возьмем абсолютно линейный усилитель (допустим есть), значит генерация невозможна? Пусть сопротивление усилителя не равно сопротивлению потерь, а стремится к нему с нужной стороны.

невозможна стабильная по амплитуде при абсолютно линейном резонаторе.
Либо не загенерит (потери больше чем накачка активным элементом или Rпот+Rген >0)
либо наблюдаем неустановившийся режим с непрерывным ростом амплитуды ( Rпот+Rген <0)

Условие стабильности амплитуды Rпот+Rген = 0 (строго) не выполнимо для абсолютно линейного усилителя и линейного резонатора. Всегда будет чуть больше или чуть меньше 0. Проявление нелинейности где либо по пути сигнала позволяет этому условию выполниться.
Если показалось, что амплитуда стабилизировалась в условиях линейных цепей , значит это только показалось. Она просто медленно меняется ( растет или убывает), но оочень медленно

Давайте, всё же, отвечать на вопросы друг друга, а то уж сильно долго мы будем круги наматывать. Итак, какую добротность Вы собираетесь использовать при расчете фазового шума (по формуле Лиисона или подобной) – предварительно измеренную или некую ”эффективную” (скомпенсированную отрицательным сопротивлением при балансе амплитуд)?”


Будут равняться +/- шумы в точке баланса.


В простой схеме с отриц. сопротивлением – да. Можно придумать более сложную схему, где часть сопротивления резонатора компенсируется отриц. сопротивлением, а ограничение колебаний происходит в другом элементе (внешняя АРУ, диодный ограничитель, термистор, ограничение в ЖИГ-сфере и т.д.). Но это есть суть линеаризации активного элемента.


См. выше. Да, сорвется или же пойдет вразнос, если у Вас не будет другого механизма (ООС) ограничения колебаний.

--------------


Тау, Ваш комментарий подтолкнул меня подумать о другом аспекте проблемы. Считается, что шумы генератора образуются путем конвертирования источников шумов постоянного тока внутри активного элемента на его нелинейности. Однако, возможно, тут вопрос более тонкий. Механизм ограничения колебаний (re: баланс амплитуд) можно рассмотреть как некоторую АРУ, временная константа которой явно не выражена и имеет шумоподобный характер в точке баланса. Т.е. механизм генерации шумов можно попробовать описать шумовыми свойствами ООС АРУ (суть нелинейность). Стоит ли тут покопаться?

Мне кажется Тау догадался о чем я говорю. Допустим за период синусоиды сопротивление генератора меняется от 34 до 38 Ом, а сопротивление резонатора 36.6 Ом. В целом генератор вполне работает, но шумы не очень.



Qэфф = Q0*36.6/(38-36.6)

Немного утрировано, скорее надо брать какое-нибудь среднеквадратическое отклонение, но надеюсь смысл понятен. Как померить? На практике - надо подумать, при моделировании - проще посчитать.
Дальше, каким образом нелинейность сопротивления усилителя можно свести к минимуму? Например ввести отрицательную обратную связь, компенсирующую уход сопротивления. Наиболее точную компенсацию можно получить при большом запасе усиления - это и есть механизм линеаризации.


Да, абсолютно согласен, что нужна маленькая нелинейность, чтобы ограничить рост амплитуды (АРУ например). Но этот ограничитель не должен быть жестким, в соответствии с диапазоном нелинейности усилителя.

Чем хороша схема генератора с резонатором в цепи эмиттера биполярного транзистора? Транзистор работает как эмиттерный повторитель, с глубокой ООС, что хорошо с точки зрения выравнивания сопротивления, и если нет жесткого ограничения, вполне ожидаем рост эффективной добротности.

Ару и есть, в любом случае , имхо. Просто иногда она получается быстродействующей ( с малыми постоянными времени, определяемыми например элементами автоматического смещения активного каскада генерации). Иногда медленной - например если стабилизация через внешнюю ОС с амплитудным детектором несущей и низкой частотой среза. Во втором случае шумы в ОС (АРУ) в полосе её работы можно уподобить известным шумам в полосе ФАПЧ, т.е. внутри полосы амплитудные шумы активного элемента давятся петлей, но не могут быть меньше приведенных шумов к входу детектора амплитуды. За пределами полосы АРУ амплитудные шумы определяются уже собственно шумами активного элемента. И, что интересно, могут быть больше шумов в пределах полосы, особенно при узкой полосе АРУ и высокой линейности активного элемента. Представьте себе амплитудную характеристику активного элемента в виде |-Rген.| , пересечение с условно горизонтальной линией Rпот. вроде бы дает проекцию на ось Х в виде установившейся амплитуды. Но нужно учесть ненулевую толщину этих обеих линий, в итоге проекция на Х получается в виде интервала амплитуд (размах шумов вне полосы АРУ) и он тем больше , чем меньше угол между двумя R. Где то есть золотая середина в этой полосе ару, учитывающая установившуюся амплитуду колебаний ( или желаемую) и учитывающая преобразование а.шума в ф.шум
всё имхо.

Если взять генератор с хорошим резонатором (например, DRO), то фаз. шум (по крайней мере его 20-дБ участок) очень хорошо описывается формулой Лиисона, в которой используется Q0 (имеется ввиду нагруженная добротность). Это соответствует Rэфф=2Rпот, если следовать Вашей формуле. Какова будет Ваша интерпретация такого результата?


По-моему, это абстракция - такая же как безынерционный усилитель или абсолютно линейный усилитель. Мне больше по душе подход Тау:


Да, хорошо бы отыскать эту золотую середину.


Хорошо сказано . По-моему, все методы понижения шумов в генераторе, как раз, и направлены на получение этой “маленькой нелинейности”.


Хорошо, примем Вашу гипотезу как рабочую (в конце концов, в любой авантюрной идее всегда можно найти рациональное зерно). Перейдем ко второй части Марлезонского балета – как бы Вы реализовали Вашу концепцию умножения добротности на примере 100 МГц LC-генератора? Тут прелесть в том, что все можно быстро собрать и померять.