[Chenakin 12]

Появилась статья Сергея о сапфировом генератор с КСС:

Статья

Думаю, будет интересно обсудить, надеюсь услышать отзывы Андрея и Алексея. Тем более, это соприкасается с любимой темой Алексея об “умножении добротности” (или уже не соприкасается :). Да и пора бы уже прийти к общему знаменателю, можно ли превратить LC-генератор в сапфир (это не камень в огород, а попытка возобновить уже забытую интересную дискуссию на эту тему). Вообще, статья интересна тем, что дает много фактуры, над которой можно подискутировать. Приведу две цитаты Сергея (подчеркнуто мною):

“… Во‑вторых, резонатор в связке с циркулятором (c) действует как устройство выделения обратной волны, которое в сочетании со смесителем (g) и опциональным МШУ…”

“…Отдельного внимания при рассмотрении модели ФШ автогенератора с комбинированной системой стабилизации заслуживает малошумящий усилитель (e), который используется для улучшения чувствительности детектирования фазового шума основного кольца. Данный усилитель позволяет минимизировать влияние коэффициента шума смесителя (g) и операционного усилителя…”

Как мне кажется, наметился некоторый сдвиг в оценке влияния МШУ (re: старая дискуссия - а нужен ли МШУ), или нет?

[rloc 43]

6 часов назад, chenakin сказал:

Появилась статья Сергея о сапфировом генератор с КСС

Вопросы, связанные с работой автогенератора, пусть даже без КСС, всегда непростые, но тем и интересные.

 

Для начала, хорошо разобраться с терминами.
1.

Цитата

 

Практические эксперименты показывают, что СПМ ФШ L(FM) в дБн/Гц такого автогенератора можно адекватно оценивать при помощи выражения Лиссона:

LOSC(FM) = 10*log10{(G*F*k*T0)/2POUT*(1+FC/FM)*(1+(HBW/FM)^2}, (1)

где G — коэффициент усиления усилителя положительной обратной связи, раз;

F — коэффициент шума усилителя петли положительной обратной связи, раз;

T0 — температура окружающей среды, K;

k — постоянная Больцмана, 1,38*10^–23 Дж/K;

POUT — мощность на выходе усилителя петли положительной обратной связи, Вт;

FC — фликкерная граница усилителя петли положительной обратной связи, Гц;

FM — частота отстройки от несущей, Гц;

HBW — половина полосы пропускания резонатора по уровню –3 дБ, Гц.

 

Интересуют два параметра, FC и HBW, они берутся вне или внутри петли (в общем случае не одинаковые)? Вместо параметра HBW, который ближе к АЧХ (модулю), чаще встречается выражение f0/(2*QL), которое ближе к ФЧХ (аргументу). В различных работах (можно привести ссылки) показано, что нагруженная добротность в замкнутой петле автогенератора QL = GD*w0/2 , где GD - это ГВЗ в точке w = w0 (резонансной частоте).

2.

Цитата

Как показано в [8], полоса резонатора — это величина, обратная ГВЗ, или, другими словами, крутизне фазы S21 резонатора.

Не очевидный вывод. В [8] речь идет о ГВЗ внутри замкнутой петли, она не равна ГВЗ по S21 отдельного резонатора.

 

3.

Цитата

Использовался усилитель с коэффициентом усиления 16 дБ, выходной мощностью +18 дБм, фликкерной границей 20 кГц

Как получена фликкерная граница и можно ли поставить знак равенства FC = 20 кГц ? Если взять другой резонатор, с другой добротностью Q0, FC измениться внутри петли или останется такой же?

 

4.

Цитата

В случае комбинированной системы стабилизации мы для «вычищения» ФШ активного элемента (а) автогенератора дополнительной петлей обратной связи захватываем основное автогенераторное кольцо относительно ФЧХ S11 резонатора, другими словами, arg(S21) заменяется на arg(S11), где производная имеет гораздо более высокое значение (рис. 5).

Опять же, в автогенераторах с резонатором на проход, крутизна фазовой характеристики зависит не от arg(21), а от разности активного входного/выходного сопротивления усилителя и активного входного/выходного сопротивления резонатора.

 

5.

Цитата

На рис. 6 показано, как выглядит модуль коэффициента отражения резонатора 1/S(FM) на оси отстроек (в линейном и логарифмическом масштабе) для значений подавления 40 дБ (коэффициент отражения от резонатора 0,01) и 60 дБ (коэффициент отражения от резонатора 0,001).

Можно немного подробнее о схеме измерения коэффициента отражения резонатора? Какой коэфф. брать для расчета: 40 дБ, 60 дБ ... ? Ведь в конечном счете, в замкнутой петле, нелинейное сопротивление усилителя стремится к сопротивлению потерь в резонаторе и определяет подавление несущей.

 

6.

Цитата

GLNA — коэффициент усиления малошумящего усилителя, используемого для повышения чувствительности системы по детектированию ФШ, раз;

Усиление взято из формулы (3) ФШ генератора с КСС. Но в этой формуле не вижу коэфф. усиления УПТ, для AD797 он меняется от 120 дБ до 40-60 дБ внутри петли, и совместно с коэфф. усиления МШУ определяет общее усиление.

 

7.

Цитата

В качестве МШУ был взят усилитель на полевом транзисторе с коэффициентом усиления 18 дБ, коэффициентом шума 2 дБ, выходной мощностью P1 дБм = +16 дБм и изначальной фликкерной границей 3 МГц.За счет подавления несущей, по нашей оценке, его фликкерную границу удалось снизить до ~190 Гц.

На основании каких данных фликкерная граница получилась 190 Гц? По рис. 7 огибающая шума имеет наклон 20 дБ/дек (10 - 100 Гц), 30 дБ/дек (100 - 3000 Гц), что не позволяет по формуле Лиисона вычислить FC, если вообще можно эту формулу применить для КСС, где обратная связь замыкается только по ФШ, а у Лиисона - по общему шуму.

[Sergey Beltchicov 0]

7 hours ago, chenakin said:

Появилась статья Сергея о сапфировом генератор с КСС:

Полгода уже прошло... Успел забыть, о чем писалось

Quote

 

Как мне кажется, наметился некоторый сдвиг в оценке влияния МШУ (re: старая дискуссия - а нужен ли МШУ), или нет?

 

Экспериментальные данные для системы с МШУ и без достаточно однозначны. Если выбрасываете МШУ, то нужно подводить к резонатору мощности больше во столько раз, сколько составляет коэффициент усиления МШУ. Это означает несколько Ватт, что для работы конкретно с сапфиром создает дополнительные неудобства.

 

Алексей, слишком много вопросов, сейчас нет времени развернуто писать. Тем более, что все, что считал нужным, уже написал в статье. Если есть охота обсудить, приезжай, тем более, что к тебе тоже много вопросов накопилось.

 

Вопрос к аудитории: знаком ли кто (имеет ли практический опыт использования) с цифровыми делителями, которые бы имели шумовой пол -170дБн/Гц, а лучше ниже (для выходной частоты 1 ГГц). 

Изменено 16 января, 2019 пользователем Sergey Beltchicov

[Cach 0]

11 hours ago, chenakin said:

Появилась статья Сергея о сапфировом генератор с КСС:

Статья

Думаю, будет интересно обсудить

"...Фазовый шум лучших кварцевых генераторов с частотой 100 МГц составляет около –180 дБн/Гц в одиночной боковой полосе при отстройке на 10 кГц от несу‑ щей."

В настоящее время из отечественных удается найти кварцевые генераторы 100 МГц со значением СПМ ФШ -174..-176 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. Может быть, кто-то подскажет где можно купить кварцевый генератор с лучшими шумами?

"...Для частоты 10 ГГц это соответствует –140 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в случае идеального умножения кварцевого генератора."

Однако, на практике в лучших серийно выпускаемых генераторах/синтезаторах получают не менее -130..-132 дБн/Гц. Кому-нибудь удалось "идеально умножить" 100 МГц с шумами -180 до 10 ГГц?

"Использование ПАВ‑генераторов с частотами 400–1000 МГц позволяет при идеальном умножении рассчитывать на цифру в –144 дБн/Гц на частоте 10 ГГц (отстройка 10 кГц)."

Для этого ПАВ-генератор с частотой 1000 МГц должен иметь СПМ ФШ -164 дБн/Гц. Есть ссылки на публикации, где достигнут такой показатель?

"...Спроектирован и освоен в серийном производстве компактный задающий генератор СВЧ (рис. 8) на частоты 9,95 ГГц и 10,145 ГГц, работающий при комнатной температуре....Генератор может быть использован в перспективных системах радиолокации."

Для систем радиолокации требования более жесткие, по температурному диапазону, тряске и т.д.

Изменено 16 января, 2019 пользователем Cach

[Cach 0]

Уважаемые участники форума, подскажите логику для преобразования гармонического сигнала 100 МГц с СПМ ФШ -170 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в меандр без потерь в шумах. Входной и выходной тракт 50 Ом.

 

 

Изменено 17 января, 2019 пользователем Cach

[Dr.Drew 4]

14 часов назад, Cach сказал:

"...Фазовый шум лучших кварцевых генераторов с частотой 100 МГц составляет около –180 дБн/Гц в одиночной боковой полосе при отстройке на 10 кГц от несу‑ щей."

В настоящее время из отечественных удается найти кварцевые генераторы 100 МГц со значением СПМ ФШ -174..-176 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. Может быть, кто-то подскажет где можно купить кварцевый генератор с лучшими шумами?

"...Для частоты 10 ГГц это соответствует –140 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в случае идеального умножения кварцевого генератора."

Однако, на практике в лучших серийно выпускаемых генераторах/синтезаторах получают не менее -130..-132 дБн/Гц. Кому-нибудь удалось "идеально умножить" 100 МГц с шумами -180 до 10 ГГц?

 

Справа наверху болтается рекламный баннер со ссылкой на generators.micran.ru

Умеем и множить. Немного погодя появится источник 500 МГц с приведенным шумом к 100 МГц до минус 180 дБн/Гц.

[rloc 43]

3 часа назад, Cach сказал:

подскажите логику для преобразования гармонического сигнала 100 МГц с СПМ ФШ -170 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в меандр без потерь в шумах. Входной и выходной тракт 50 Ом

Серия ULP-A Fairchild Semiconductor, сейчас OnSemi, при питании 3.3-3.6 В, 2-3 элемента в параллель (лучше) или с резистором 20-30 Ом по выходу (хуже), например - буферизованный инвертор NC7WV04. Говорят, серия AUC у TI работает до 3.3 В (по спецификации до 2.7 В) и также дает большой ток по выходу. Думаю ULP-A сохранит до 180 дБн/Гц, но в генераторах - не более 175 дБн/Гц. Логика повторяет 1:1 шумы питания, ультра малошумящий LDO обязателен. Кстати, неплохой умножитель по нечетным гармоникам получается, до 500-600 МГц точно. Пример включения - в прикрепленном файле.

 

Clock Divider/Sine Wave 50 Ohm to CMOS Level Converter

dc1075A.pdf

[Sergey Beltchicov 0]

19 hours ago, Cach said:

"...Фазовый шум лучших кварцевых генераторов с частотой 100 МГц составляет около –180 дБн/Гц в одиночной боковой полосе при отстройке на 10 кГц от несу‑ щей."

В настоящее время из отечественных удается найти кварцевые генераторы 100 МГц со значением СПМ ФШ -174..-176 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. Может быть, кто-то подскажет где можно купить кварцевый генератор с лучшими шумами?

Во-первых, я не писал отечественных. У Wenzel точно можно найти. Не уверен, правда, что продадут в Россию. Во-вторых, и в России, наверное, можно найти, если заморочиться.

Quote

"...Для частоты 10 ГГц это соответствует –140 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в случае идеального умножения кварцевого генератора."

Однако, на практике в лучших серийно выпускаемых генераторах/синтезаторах получают не менее -130..-132 дБн/Гц. Кому-нибудь удалось "идеально умножить" 100 МГц с шумами -180 до 10 ГГц?

Вы, наверное, читали эту синтезаторную ветку не с самого начала. Те, кто в теме, знают, что я как раз сторонник той идеи, что поднять кварцевую сотку без деградации шума на 10  ГГц проблематично. Но не исключаю, что это все-таки возможно в виде единичного достижения. Из опубликованных результатов есть вот такие

Quote

"Использование ПАВ‑генераторов с частотами 400–1000 МГц позволяет при идеальном умножении рассчитывать на цифру в –144 дБн/Гц на частоте 10 ГГц (отстройка 10 кГц)."

Для этого ПАВ-генератор с частотой 1000 МГц должен иметь СПМ ФШ -164 дБн/Гц. Есть ссылки на публикации, где достигнут такой показатель?

Есть серийные продукты, где достигнут такой показатель. Не 1 ГГц, а 500 МГц. Вот, например. С чуть худшими параметрами на 1,28 ГГц есть у Ракона.

 

19 hours ago, Cach said:

"

Для систем радиолокации требования более жесткие, по температурному диапазону, тряске и т.д.

Никаких непреодолимых препятствий нет. Термостат в модуле в любом случае уже есть. А тряска это вопрос монтирования. Можно сделать амортизирующее крепление, которое будет улучшать виброустойчивость. 

 

Андрей, Вы ранее публиковали результат умножения 500 МГц. Там у Вас есть артефакт на отстройке 20 МГц (обвел красным). Вы разбирались с его природой?? Вижу подобные пакости в своих регенеративных делителях.

Изменено 17 января, 2019 пользователем Sergey Beltchicov

[Cach 0]

8 hours ago, Dr.Drew said:

Справа наверху болтается рекламный баннер со ссылкой на generators.micran.ru

Умеем и множить. Немного погодя появится источник 500 МГц с приведенным шумом к 100 МГц до минус 180 дБн/Гц.

Технические условия имеются? С какой приемкой? Генератор MOXO с рабочей температурой от -50 С можно изготовить?

Изменено 17 января, 2019 пользователем Cach

[Cach 0]

5 hours ago, Sergey Beltchicov said:

Никаких непреодолимых препятствий нет. Термостат в модуле в любом случае уже есть. А тряска это вопрос монтирования. Можно сделать амортизирующее крепление, которое будет улучшать виброустойчивость.

Спасибо за графики, по шумам все ясно. Сколько стоит такой ПАВ-генератор от Ракона, не подскажите?

В специальной технике часто выдвигаются требования ко времени выхода изделия в рабочий режим (не более 3-5 мин). А если изделие наружного размещения, то еще - к температурному диапазону (от -50 С). Не представляю, какой нужен термостат, чтобы успеть за 5 мин разогреть генератор от -50 С до комнатной температуры.  Вы не проверяли чувствительность генератора к вибрациям, ударам? Насколько деградируют шумы, сохраняется ли генерация?

9 hours ago, rloc said:

Серия ULP-A Fairchild Semiconductor, сейчас OnSemi, при питании 3.3-3.6 В, 2-3 элемента в параллель (лучше) или с резистором 20-30 Ом по выходу (хуже), например - буферизованный инвертор NC7WV04. Говорят, серия AUC у TI работает до 3.3 В (по спецификации до 2.7 В) и также дает большой ток по выходу. Думаю ULP-A сохранит до 180 дБн/Гц, но в генераторах - не более 175 дБн/Гц. Логика повторяет 1:1 шумы питания, ультра малошумящий LDO обязателен. Кстати, неплохой умножитель по нечетным гармоникам получается, до 500-600 МГц точно. Пример включения - в прикрепленном файле.

 

Clock Divider/Sine Wave 50 Ohm to CMOS Level Converter

dc1075A.pdf

Спасибо

Изменено 17 января, 2019 пользователем Cach

[khach 33]

Использовал ли кто регенеративный делители на гармониках или двухпетлевые как по ссылке?

Double Loop Frequency Regenerative Dividers

[Dr.Drew 4]

Сергей, артефакт не имеет постоянного характера. В зависимости от настройки умножителя может вообще уйти.

[Chenakin 12]

 

4 часа назад, Dr.Drew сказал:

Сергей, артефакт не имеет постоянного характера. В зависимости от настройки умножителя может вообще уйти. 

Это не есть хорошо (когда зависит от настройки). Тут стОит разобраться.

 

В 16.01.2019 в 07:15, Cach сказал:

В настоящее время из отечественных удается найти кварцевые генераторы 100 МГц со значением СПМ ФШ -174..-176 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. Может быть, кто-то подскажет где можно купить кварцевый генератор с лучшими шумами?

 

11 часов назад, Sergey Beltchicov сказал:

Во-первых, я не писал отечественных.

Нет пророков в своём отечестве :). Будем искать (Бриллиантовая рука):

 

100 МГц, -180

 

По-моему, ключевая фраза здесь "Фазовый шум лучших кварцевых генераторов" - т.е. надо отбирать.

 

В 16.01.2019 в 07:15, Cach сказал:

Кому-нибудь удалось "идеально умножить" 100 МГц с шумами -180 до 10 ГГц?

Реализуемо (старенькая картинка, что была под рукой, можно пересчитать на 10 ГГц), там шумы Е5052 ещё не додавлены на 10 кГц (это его больное место):

 

В 16.01.2019 в 07:15, Cach сказал:

Для этого ПАВ-генератор с частотой 1000 МГц должен иметь СПМ ФШ -164 дБн/Гц.

Наверное, DRO (на более высоких частотах) будет предпочтительнее.

 

В 16.01.2019 в 00:36, rloc сказал:

Вместо параметра HBW, который ближе к АЧХ (модулю), чаще встречается выражение f0/(2*QL), которое ближе к ФЧХ (аргументу).

QL=f0/deltaF, подставляя QL в формулу f0/(2*QL), получаем: f0*deltaF/(2*f0)=deltaF/2=HBW. По-моему, у Сергея тут всё нормально. А причем здесь аргумент?

 

В 16.01.2019 в 00:36, rloc сказал:

Интересуют два параметра, FC и HBW, они берутся вне или внутри петли

Интересует, когда они берутся (т.е. могут быть измерены) вне петли. А если брать внутри замкнутой петли, то, как их тогда измерить? Померять фазовый шум и найти точки пересечения? Получается банальный подгон теории (FC, HBW) под измерения.

Изменено 17 января, 2019 пользователем chenakin

[rloc 43]

2 часа назад, chenakin сказал:

QL=f0/deltaF, подставляя QL в формулу f0/(2*QL), получаем: f0*deltaF/(2*f0)=deltaF/2=HBW. По-моему, у Сергея тут всё нормально. А причем здесь аргумент?

А если взять коаксиальную/оптическую линию, какую ширину deltaF брать? Привязка к аргументу была из равенства QL = GD*w0/2, эту формулу пишет и сам Лиисон в пояснениях (надо поискать в какой статье). Причем, если отдельно измерить ГВЗ длинной линии и подставить в формулу QL - это тоже не правильно. У Лиисона FC и QL, как мне кажется, - это некоторые эквивалентные параметры, зависимые от всех элементов в замкнутой цепи.

 

2 часа назад, chenakin сказал:

Интересует, когда они берутся (т.е. могут быть измерены) вне петли. А если боать внутри замкнутой петли, то, как их тогда измерить?

Заново перечитывая статьи Лиисона и Ульриха Роде понимаю, что перейти от измеренных параметров к эквивалентным внутри петли можно:

1. Для простых систем - аналитическим расчетом, опираясь на теорию нелинейных цепей;

2. Для сложных систем - моделированием, с использованием современных методов Harmonic Balance Analysis.

Причем, сначала скорее будет рассчитана огибающая ФШ, а по огибающей - некоторые эквивалентные QL и FC, если в них останется надобность.

 

Собираю ссылки на статьи, где измеренная нагруженная добротность и фликкерная граница подставляются напрямую в формулу Лиисона.

[Chenakin 12]

12 минут назад, rloc сказал:

Причем, сначала скорее будет рассчитана огибающая ФШ, а по огибающей - некоторые эквивалентные QL и FC, если в них останется надобность.

Именно так – если в них останется надобность. Очень неплохая диссертация получилась бы, если бы такую модель разработать.

13 минут назад, rloc сказал:

Собираю ссылки на статьи, где измеренная нагруженная добротность и фликкерная граница подставляются напрямую в формулу Лиисона.

Интересно посмотреть, можно выкладывать по мере поступления. Вообще, Fc – это вещь в себе. Для себя я этот параметр объясняю (на физическом уровне, а не как точку пересечения наклонов каких-то там прямых) как некую меру нелинейности активного (и не только) прибора. Даже не меру нелинейности, а меру преобразования собственных НЧ шумов на такой нелинейности - аж запыхаться можно, пока выговоришь. Сильно не люблю такие абстракции. Так что, если сможете предложить новую модель – я только за. И, кстати, совсем необязательно кривую шумов отрезками прямых аппроксимировать. Наверное, можно и по-другому.