Jump to content

    
Dmitry_1992

Влияние фазового шума синтезатора (гетеродина) на параметры приемника

Recommended Posts

20.12.2020 в 17:00, neon416 сказал:

Требуемая избирательность по соседнему каналу (+-25кГц) -70дБ. Полоса приема 20кГц.

 

20.12.2020 в 17:00, neon416 сказал:

Вывод: самый дешманский синтезатор с интегрированным VCO обеспечивает достаточный уровень фазового шума для выполнения "взрослого" ГОСТа.

Тот же ГОСТ имеет еще требования для радиостанций 1 и 2 типа, а там уже 80 и 75. Ну это уже конечно стационарные станции.

А еще бывают некоторые ОСТы, которые в добавок к ГОСТ12252 предъявляют доп.требования к шагу, 12.5 кГц, и ширине канала 8-9 кГц. 

Я бегло посмотрел пдф на ADF4351, не увидел там шумов на такой отстройке и несушке, вы это сами смотрели и видели? Плюс вопрос, а что со спурами? Например, LMX2571 работала хорошо, но на ряде частот, так начинала спурить... Пришлось от внутреннего ГУНа отказаться.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Разные задачи требуют разных решений.

4351 "смотрел и видел", естественно. Шум соответствует документации производителя. Спуры конечно есть. При нормальной разводке платы, выборе параметров петли ФАПЧ и вдумчивом программировании их уровень в среднем не более -80дБс. Особенно проблемны зоны вокруг частот, кратных опорной. Для данной разработки в ТЗ проходит. Но чисто для собственного удовлетворения на приеме делаю шаг синтезатора более крупным, так чтобы спуры не попадали в полосу ФАПЧ, а точная настройка делается за счет DDC цифровой части приемника.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 минут назад, neon416 сказал:

Но чисто для собственного удовлетворения на приеме делаю шаг синтезатора более крупным

В смысле частоту сравнения повыше? Шаг обычно в ТЗ прописан, а вот меняя частоту сравнения, можно спектр шума достаточно сильно менять.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Частота фазового детектора в любом случае выбирается повыше, насколько чип позволяет. Речь о том, что имея возможность перестраиваться внутри полосы ПЧ в некоторых пределах в цифре, не приходится перестраивать синтезатор с мелким дробным шагом, что позволяет уменьшить модуль и убрать спуры из полосы пропускания фильтра ФАПЧ.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 12/20/2020 at 6:35 PM, neon416 said:

Тут есть забавный нюанс: говорить, что джиттер клока АЦП влияет на SNR не совсем корректно. Да, влияет, но ровно таким образом, как и фазовый шум гетеродина на смеситель. Т.к. сэмплирование в АЦП имеет ту же природу, что и перемножение в смесителе. Т.е. для клока важна не столько величина джиттера в секундах, сколько спектр этого джиттера. Именно спектральные свойства клока определяют зависимоcть SNR от разноса частоты помехи/сигнала.

Из чего периодически рождаются уродцы: супергетеродинные приемники с супер-пупер low jitter тактовым генератором АЦП и посредственным синтезатором гетеродина. На корню убивающим все старания с тактированием АЦП. 

 

Таки у Вас не совсем верно. джиттер клока не ровно таким же образом влияет именно потому, что его спектральные свойства - это белый шум. Одинаковый во всей полосе. Поэтому в итоге джиттер клока логично пересчитывать в рост SNR.

On 12/19/2020 at 9:28 PM, Dmitry_1992 said:

Добрый день. Во всех источниках (книги, статьи, в документах производителей) указывается, что необходимо добиваться наименьших уровней фазового шума синтезатора частот, особенно если последние применяются в качестве гетеродинов в приемном устройстве на основе супергетеродинного приемника. Мне понятно, что фазовый шум можно пересчитать в паразитные отклонения фазы и частоты, однако вопрос:  Как фазовый шум влияет на динамический диапазон и чувствительность приемного устройства, и отношение сигнал шум на выходе смесителя??

 

Уже писали про селективность к соседнему каналу.

К примеру ETSI EN 300 113 V2.2.1 (2016-12) сделал обязательным для UHF диапазона прохождение приёмником жёстких требований как по селективности к соседу, так и и блокинги (селективность к дальним каналам, но ещё более ломовым), а также интермодуляцонные воздействия. Во всех тестах фазовые шумы делают непригодными 99% имеющейся элементной базы. Даже при очень крутой цифровой части. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 часов назад, neon416 сказал:

Частота фазового детектора в любом случае выбирается повыше, насколько чип позволяет. Речь о том, что имея возможность перестраиваться внутри полосы ПЧ в некоторых пределах в цифре, не приходится перестраивать синтезатор с мелким дробным шагом, что позволяет уменьшить модуль и убрать спуры из полосы пропускания фильтра ФАПЧ.

Ну насчет, "в любом случае", я не могу так однозначно сказать. Понижение частоты сравнения, уменьшает шумы в ближней зоне (зона соседнего канала), избирательность растет децибела на 2-3, НО, катастрофически падает блокирование на отстройках 200 кГц - 1 МГц. Шумы удаляются от несушки. 

 

2 часа назад, dragonfly сказал:

К примеру ETSI EN 300 113 V2.2.1 (2016-12) сделал обязательным для UHF диапазона прохождение приёмником жёстких требований как по селективности к соседу, так и и блокинги (селективность к дальним каналам, но ещё более ломовым), а также интермодуляцонные воздействия.

 

Не понял, а интермодуляция тут каким боком? Это же явления на нелинейностях. Как оно связано с ФШ?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 hours ago, Quasar said:

Не понял, а интермодуляция тут каким боком? Это же явления на нелинейностях. Как оно связано с ФШ?

 

Это трудно показать аналитически, но хорошо видно экспериментально, особенно в компьютерных моделях тракта, когда играешься, т.е. включаешь/выключаешь фазовые шумы.

Строго расчётные продукты возникают там, где положено и от ФШ не зависят. Но одновременно растёт общий фон, отставая, в пересчёте на килогерц полосы, буквально на десяток-другой дБ от уровня не связанных с ФШ продуктов.

К примеру, в ETSI ставят два тона на отстройке 50 и 100 кГц. Один из тонов ЧМ модулированный синусом 400 Гц. В силу периодичности продукты тоже дают результат с палками с шагом 400 Гц. И между ними, как и вне их хорошо виден растущий фон, если фазовые шумы есть (и в живую виден, и в модели). И фон исчезает, если шумы искусственно выключить. Собирается по сусекам на разных частотах. Скорее всего связано ещё с какими-то эффектами PLL. 

Edited by dragonfly

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 часов назад, dragonfly сказал:

Таки у Вас не совсем верно. джиттер клока не ровно таким же образом влияет именно потому, что его спектральные свойства - это белый шум. Одинаковый во всей полосе. Поэтому в итоге джиттер клока логично пересчитывать в рост SNR.

Клок формируется реальным генератором, у генератора есть определенный спектр фазового шума. И это далеко не "белый шум".

Семплирование сигнала в АЦП имеет такую же природу, как перемножение в смесителе. Т.е. помеха от фазового шума мультипликативная, а не аддитивная. Поэтому дж ттер клока прямо не влияет на фоновый шум АЦП, а следовательно на соотношение СШ. А влияет на избирательность вблизи мощной помехи. Ровно также, как и джиттер синтезатора перед смесителем.

6 часов назад, Quasar сказал:

Понижение частоты сравнения, уменьшает шумы в ближней зоне (зона соседнего канала), избирательность растет децибела на 2-3

Есть какие-то расчеты/измерения/данные на этот счет?

Я не обнаружил выигрыша по избирательности по соседнему каналу от снижения частоты PFD. Наоборот, становится хуже. Видимо это связано с тем, что шум от PFD имеет фиксированную мощность и с повышением частоты PFD эта мощность размазывается по большей полосе частот перед петлевым фильтром.

Сужение полосы фильтра на также дает отрицательный эффект как по плотности шума, так и по времени перестройки частоты (последнее для моей разработки критично, требуется не более 100мкс).

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 minutes ago, neon416 said:

Клок формируется реальным генератором, у генератора есть определенный спектр фазового шума. И это далеко не "белый шум".

Семплирование сигнала в АЦП имеет такую же природу, как перемножение в смесителе. Т.е. помеха от фазового шума мультипликативная, а не аддитивная. Поэтому дж ттер клока прямо не влияет на фоновый шум АЦП, а следовательно на соотношение СШ. А влияет на избирательность вблизи мощной помехи. Ровно также, как и джиттер синтезатора перед смесителем.

В формуле джиттерного шума АЦП нет параметра "близость помехи". Но есть параметр "частота помехи". Чем выше помеха (причём без учёта найквистова диапазона), тем хуже SNR. Если полезный сигнал на нуле, а помеха на гигагерце, но при этом тракт, включая АЦП, тот гигагерц не давит, получим ужасный шум. А если та же помеха около нуля, шума практически не будет. Спектр джиттера клока ни в статьях, ни в экспериментах пока, как фактор влияния ни разу не возникал. мысли о его влиянии у нас тоже были. Но проверка, как уже отметил, те мысли не подтвердила пока.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 минуты назад, dragonfly сказал:

В формуле джиттерного шума АЦП нет параметра "близость помехи". Но есть параметр "частота помехи". Чем выше помеха (причём без учёта найквистова диапазона), тем хуже SNR. Если полезный сигнал на нуле, а помеха на гигагерце, но при этом тракт, включая АЦП, тот гигагерц не давит, получим ужасный шум. А если та же помеха около нуля, шума практически не будет. Спектр джиттера клока ни в статьях, ни в экспериментах пока, как фактор влияния ни разу не возникал. мысли о его влиянии у нас тоже были. Но проверка, как уже отметил, те мысли не подтвердила пока.

Формула дается скорее чтобы показать, каков масштаб бедствия. И ниже, как правило, нарисована такая картинка:
https://images.app.goo.gl/crGgEcvi2ZhvP8xB6

Поэтому фазовый шум клока, разумеется, оказывает точно такое же влияние на избирательность по соседнему каналу, как и фазовый шум гетеродина.

И разумеется, для RF приложений перед АЦП должен стоять фильтр, служащий как для устранения приема по ненужным зеркалам, так и для снижения шума из этих зеркал.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Могу сформулировать иначе: формула говорит о том, что общий SNR при подаче сигнала некой частоты и значении RMS джиттера ухудшится до значения. Не зависимо от спектра джиттера. Но реальный джиттер клока имеет спектр, сосредоточенный вокруг его центральной частоты. Такой же спектр шума сформируется вокруг частоты сигнала после оцифровки. Поэтому и основное влияние на SNR будет оказано вблизи частоты сигнала. А при значительной отстройке ухудшения SNR наблюдаться не будет. И насколько это "значительной" зависит именно от спектра фазового шума клока, а не его амплитуды.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, neon416 said:

Могу сформулировать иначе: формула говорит о том, что ...

Так а где формула то? Которая вам о чем-то говорит? Пока вместо формулы одни бла-бла-бла.. :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 минут назад, blackfin сказал:

Так а где формула то? Которая вам о чем то говорит? Пока вместо формулы одни бла-бла-бла.. :)

видимо коллеги имеют ввиду эти популярные соотношения:

2021-01-03_10-32-24.thumb.png.75e3ef0db9b6f5b0380c3d2035dd7f42.png

1 час назад, neon416 сказал:

Могу сформулировать иначе: формула говорит о том, что общий SNR при подаче сигнала некой частоты и значении RMS джиттера ухудшится до значения.

Почти согласен с Вами, но еще уточнил бы, что SNR "ухудшится до значения" во временной области  И если есть куда ухудшаться :) .  А то ведь часто путают , перескакивая из одной области в другую, без оговорок таких перескоков.  

2 часа назад, neon416 сказал:

Не зависимо от спектра джиттера

потому что "во временной области" , нарочно упустив из виду что в частотной нельзя игнорировать спектр джиттера.

2 часа назад, neon416 сказал:

Но реальный джиттер клока имеет спектр, сосредоточенный вокруг его центральной частоты.

не всегда так , иногда вклад в значение/энергию джиттера на дальних отстройках бывает выше, особенно характерно для широкополосных применений с плохо профильтрованным клоком (см картинку- вклад в джиттер каждой декады отстроек)

2021-01-03_10-51-19.thumb.png.4f76b3aa78aba1cf6484f51b8bfa4fda.png

 

2 часа назад, neon416 сказал:

И насколько это "значительной" зависит именно от спектра фазового шума клока, а не его амплитуды.

Вы наверное хотели сказать "а не от его среднеквадратического значения",  рассчитанного через 2пи*Fin*Tj 

?   Впрочем - абсолютно с Вами согласен.

 

2 часа назад, dragonfly сказал:

Спектр джиттера клока ни в статьях, ни в экспериментах пока, как фактор влияния ни разу не возникал. мысли о его влиянии у нас тоже были.

что мешает свёрткой  в частотной области поверить этот фактор влияния?

Share this post


Link to post
Share on other sites
24 minutes ago, тау said:

видимо коллеги имеют ввиду эти популярные соотношения:

Спасибо, конечно, но в эту формулу спектральная плотность фазового шума S(f) вообще не входит.

А значит, оценить влияние спектра фазового шума гетеродина по этой формуле нельзя в принципе..

Меж тем, вся дискуссия крутится именно вокруг спектров шума сигнала и гетеродина.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, neon416 сказал:

Есть какие-то расчеты/измерения/данные на этот счет?

Я это сам наблюдал на практических измерения и схеме с SKY72310. Измерения проводились на двух генераторах R&S SML01 и HP8920B по методике ETSI EN 300 086 - Adjacent channel selectivity, Blocking or desensitization. Правда в этой методике минимальная отстройка для блокирования 1 МГц, мы делали на 200 кГц. 

С минимальной частотой сравнения получали: 64 дБ ACS и 72 дБ Blocking (для шага 12.5). 

С максимальной частотой сравнения получали: 61 дБ ACS и 86-87 дБ Blocking (для шага 12.5). 

Естественно, ничего кроме частоты сравнения синта в схеме приемника не менялось. 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.