Jump to content

    

Синтезаторы частот. От концепции к продукту.

Только термин "умножение" в контексте мне кажется негодным. Фазовая коррекция какая-нибудь более подходит.

Присоединяюсь. Собственно, КСС (FLL) сравнивает сигналы на входе и выходе усилителя в фазовом детекторе (смесителе) и соответственно корректирует фазу.

 

Германий, П416 и всё такое ... узкополосные широкополосники :) ака сверхрегенераторы, "шшшшшшшш" в ТОН2 , дэмш1 :) .

Д2, Д9, МП41, монстрообразный КПЕ с воздушным зазором… - золотое время! И никаких фазовых шумов.

 

До нас уже сделали, RC до уровня простого кварца доходит (при запасе усиления до 120 дБ). Найду. Добротность RC как считать будем?

Покажите. Про добротность договоримся :).

 

Еще вопрос. Уменьшение шумов как интерпретировать? Фильтрацией или повышением линейности? Допустим, взяли сначала один BJT, потом - два, ..., усилитель, а огибающая шумов от наклона 20 дБ/дек перешла к 30 дБ/дек и понизилась.

Мне кажется, мы ходим по кругу, и каждый остается при своем мнении. Нужен эксперимент. Изменю задачу. Давайте сделаем 100 МГц LC-генератор, следуя Вашей концепции. Если по шумам Вам удастся хоть как-то приблизиться к кварцу:

 

MV317.pdf

то Вы победитель, а победителей не судят. Сможете застолбить любой термин – хоть умножение добротности, хоть вычитание сопротивлений, хоть что-то другое. Приняли же, скажем так, спорный термин “интерферометр” у Иванова и команды – потому, что концепция работала. Аналогично, помню, журналы скрипя сердцем перепечатывали абсолютно бессмысленный перл “phase refining” потому, что QS работал.

 

Повторяю, нужен эксперимент. Нарисуйте схему, как Вы это видите, уже есть добровольцы, готовые это дело собрать и промерять:

предложите схему для макетирования, мне удобнее частоты 12 -20 МГц.

А с интерпретацией наклонов тогда как-нибудь разберемся.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Собственно, КСС (FLL) сравнивает сигналы на входе и выходе усилителя в фазовом детекторе (смесителе) и соответственно корректирует фазу.

ФАПЧ - это фильтр?

 

Покажите. Про добротность договоримся :).

 

Еле ссылку нашел:

An_ultra_low_distortion_oscillator_with_THD_below__140_dB.pdf

 

Генератор на RC с мостом Вина. Как считал шумы не помню, то ли по общему шуму, то ли по источнику из Linear. Но если внимательно прочесть, в этой статье для измерения THD (разница между идеальным синусом и измеренным) используют режекторный фильтр на основную гармонику, который настолько широк, что захватывает на -9 и -5 дБ вторую и третью гармоники. Вот вам и сравнение по добротности обычного RC-фильтра и с регенерацией на усилителе (уже не замечаю, как говорю о генераторе как о фильтре). Удивительно, видна разница по линейности между NP0 (хуже) и пленочными конденсаторами, не говоря о гармониках около -150 дБ. Александр, попробуйте объяснить. Я говорю - это кварц, убедите меня в обратном.

 

За основу возьмем что-нибудь попроще, а на приведенную схему будем изредка поглядывать. В плечах моста может быть любой резонатор. Нарисуем, но пока пауза.

 

Если по шумам Вам удастся хоть как-то приблизиться к кварцу:

Без соревнований, в первую очередь чтобы теорию выстроить. Истории с сапфировыми генераторами на модах шепчущей галереи, оптическими генераторами и т.д. напоминают гонку вооружений, чтобы пока было, потом придумаем для чего.

 

Сохранились макеты LC генераторов. Собирал и сравнивал ранее.

предложите схему для макетирования, мне удобнее частоты 12 -20 МГц.

Отлично, и есть с чем сравнить. Для каких целей были нужны генераторы?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Отлично, и есть с чем сравнить. Для каких целей были нужны генераторы?

Сергей aka vhk aka sgk на cqham http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...%EA%E0%F0%F2%E0 занимается вопросами измерения параметров любительской, в основном, аппаратуры с помощью звуковой карты. В последние годы с помощью "осциллометра" Шмелева, где функция измерения ФШ встроена в программу, к сожалению, автор программы sk. Дык вот. Паялись генераторы с целью выявления источников шумов - резонаторы, токи активных компонентов etc. Не всегда научно, кхе-кхе, и практически всегда безварикапно, но результаты бывают часто интересны. Плюс было проведено сравнение результатов измерения ФШ генераторов на звуковухе и на 5052. Что показало возможность достаточно точной оценки ФШ в домашних условиях. Синтезы для радиолюбителей - самая больная тема до сих пор. Параметры остальных компонентов тракта типа смесителей H-mode или Олега ака Шаманъ сейчас значительно выше ограничений, накладываемых ГПД и синтезами. Чего стоят синтезы на Si5351. Ужос. Короче. С синтезами для КВ у радиолюбительской братии полная северная лисичка. Si570 и AD995x - максимум, причем, последняя только с внутренним умножителем. Самая важная фича синтеза сейчас - моднявый красочный дисплейчик. Ну и только Сергей и Олег пытаются что-то делать в стороне от общей тенденции. То ли народ обленился, то ли еще что-то. Вон попытался расшевелить http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?3...2-%E2-CAD%E0%F5 - розовая птица обломинго. В личке начали просить промоделить каскады ОЭ чуть ли не на МП42Б на интермодуляшки и шумы и обязательно на моделитикс моделях.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я говорю - это кварц, убедите меня в обратном.

 

Автор признается что для увеличения разрешения использует FFT со 128kS при скорости 50kS/S. Итого собирает данные 2,5 сек. Разрешение 0,4 Гц на графиках FFT. Приведение к 1 Гц дадут +4 дБ. Итого по графику фиг6 на отстройке +1 кГц имеем -155+4 и еще +14дб из за влияния ноч-фильтра на 3 кГц , который все давит в окрестности несущей (юбка шумов продавлена) . Получаем -137 дб . Приплюсуем сюда +60 дБ как будто бы мы умножаем эту частоту в 1000раз доводя до вменяемых кварцевых 2 МГц. Получаем -77 . Вычтем 10 дб из-за высокой амплитуды (10 dbV) и еще 3db вычтем чтобы отделить честный фазовый шум из смеси с амплитудным. Итак -90 дбс/Гц на отстройке 1 кГц для 2МГц несущей.

Неа, не кварц.

 

Добротность RC как считать будем?

=1

Share this post


Link to post
Share on other sites
по графику фиг6 на отстройке +1 кГц имеем -155+4 и еще +14дб из за влияния ноч-фильтра на 3 кГц , который все давит в окрестности несущей (юбка шумов продавлена)

Не вижу режекции, только 1/f шум

 

=1

Наверное не самый удачный образец для опытов, с точки зрения интерпретации формулы Лиисона.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Итак -90 дбс/Гц на отстройке 1 кГц для 2МГц несущей.

Неа, не кварц.

По ссылке фото катушки LC генератора, спектры сигналов и фазовых шумов.

http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...l=1#post1291523

Фазовый шум LC генератора частота 12 МГц не хуже чем -140 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. В сообщениях можно найти ФШ до -145 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. Это уже кварц или ещё нет? :(

 

http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...l=1#post1291823

Edited by vhk

Share this post


Link to post
Share on other sites
Фазовый шум LC генератора частота 12 МГц не хуже чем -140 дБн/Гц на отстройке 1 кГц.

Но можно лучше, не меняя схему, если подстроить фазосдвигающую цепочку C1/С2 до момента минимального ограничения, на грани срыва. Дальше провести эксперимент с разными КУ (изменение тока JFET), при сохранении минимального ограничения.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Для каких целей были нужны генераторы?

ГПД (генератор плавного диапазона) КВ приёмника и просто ради интереса получить минимальные фазовые и амплитудные шумы LC генератора.

Но можно лучше, не меняя схему, если подстроить фазосдвигающую цепочку C1/С2

Если посмотрите по ссылкам, то менялись схемы генераторов: емкостная или индуктивная трёхточка, экзотика с ТД, мультивибраторы, схемы с коаксиальным резонатором (100 - 260 МГц) и делением, схема со спиральным резонатором и т. д. Менялись типы транзисторов, напряжения питания, токи, величины связи с контуром. По достижению минимальных шумов "срисовывалась" схема макета. Если есть какие либо идеи для LC, предлагайте.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вижу, что самому надо провести эксперимент, важнее сначала собрать макет, где можно независимо регулировать параметры, а потом переходить к рабочим схемам. Достижение шумов - не самоцель, а приложение. Что получится, то получиться.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Не вижу режекции, только 1/f шум

видимый график шумов на фиг.6 получается после режекторного фильтра. Стало быть, до режекторного фильтра имеется подъем как несущей так и окрестных шумов.

 

Фазовый шум LC генератора частота 12 МГц не хуже чем -140 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. В сообщениях можно найти ФШ до -145 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. Это уже кварц или ещё нет? :(
мне кажется что "почти" кварц. Десяток децибел только не дотягивает до "хорошего".

 

 

подстроить фазосдвигающую цепочку C1/С2 до момента

схемы генераторов: емкостная или индуктивная трёхточка

емкостная и индуктивная трехточки по большому счету это одно и то же. И по шумам должны быть похожи при прочих равных. Отвод в индуктивности есть автотрансформатор для создания ПОС, причем без фазового сдвига. Отвод от емкости также автотрансформатор (имп термин "tapped capacitor" . При большом Q контура коэффициент трансформации определяется соотношением витков емкостей. Тоже нет фазового сдвига.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Но можно лучше, не меняя схему, если подстроить фазосдвигающую цепочку C1/С2 до момента минимального ограничения, на грани срыва. Дальше провести эксперимент с разными КУ (изменение тока JFET), при сохранении минимального ограничения.

Такой режим скорее всего приведет к неработоспособности в диапазоне температур или к существенному изменению параметров. Тот же Дрискол помнится писал про минимальный запас по усилению в петле в 6дБ. Кстати, почему в LC генераторах не применяют "внешние" ограничители (в виде диодов, например)? В КГ это достаточно распространенное решение, и оно обычно приводит к улучшению шумов (в чем я на собственном опыте убедился не один раз), в LC-генераторах знаю только схему индуктивной трехточки от Роде, где был применен диод для ограничения амплитуды сигнала в контуре (правда как по мне, то включен он был неудачно, частично шунтируя контур).

 

С синтезами для КВ у радиолюбительской братии полная северная лисичка.

У меня есть другая проблема - шум логики (на которой сделан смеситель) на НЧ диапазонах больше, чем шум синтезатора :1111493779: . Там правда есть нюанс, на который у меня надежда (относительно шумный стабилизатор на плате смесителя). А так, по всему, у себя проблему КВ СЧ можно сказать решил. Вот шум на 160м (частота СЧ около 7МГц):

post-39839-1521653263_thumb.png

На частотах менее 1кГц шум 7МГц КГ выше, чем у синтезатора, далее наблюдаем шум выходного делителя совместно с шумом КГ :) Коррекцию на шум измерительного КГ не делал, считая его идеальным (т.е. реальность немного лучше должна быть).

Здесь на трех диапазонах сравнение (собственно отличия в основном в Кд выходного делителя):

post-39839-1521657334_thumb.png

 

Видно, что на 7МГц выходной делитель становится узким местом (и он фактически определяет шум СЧ на 160/80м при отстройках несколько кГц и далее). На десятке знаю как сделать на 4..6дБ лучше (см. ниже), но смысла наверное нет.

 

И да, я использую внутренний умножитель у AD9951 :rolleyes:, правда делаю я это аккуратно и с предварительно "обмерянными последствиями". AD9951 естественно здесь всего лишь формирует мелкий шаг на низкой частоте работая с большим эквивалентным Кд (где-то 30..45, при этом на использовании внутреннего умножителя я теряю порядка 1..4дБ в зависимости от конфигурации СЧ). Еще одно упрощение (экономия на усилителях и использование тех, что есть, а они далеко не самые лучшие в плане шумов) добавляет другие 3дБ шума. Но все это заметно лишь на ВЧ диапазонах, да и дальнейшая борьба не имеет смысла.

 

Правда окончательный вариант СЧ (пригодный для использования в аппарате) никак не соберу - макет так и лежит с нового года, все что-то мешает - то начал осваивать ГГцы потихоньку, то посматриваю на прямую оцифровку и подумываю может пересесть на нее, то просто нет вдохновения :laughing:, хотя полученные параметры всетаки требуют воплощения СЧ в виде законченной конструкции в реальном аппарате.

 

Самая важная фича синтеза сейчас - моднявый красочный дисплейчик. Ну и только Сергей и Олег пытаются что-то делать в стороне от общей тенденции.

Ну я тоже немного проапгрейдил свой блок управления в прошлом году, теперь у меня тоже есть "телевизор" ;) https://youtu.be/bUy8kKaALJI?t=120

Share this post


Link to post
Share on other sites
Такой режим скорее всего приведет к неработоспособности в диапазоне температур или к существенному изменению параметров.

Вот и бодаемся здесь о введении АРУ. Вопрос в какую сторону изменятся параметры? Впрочем, это далеко не единственный и главный вопрос. vhk писал о том, что вроде полевые лучше (на своих страницах, прошу поправить если не так), а я вот думаю биполярные лучше. Когда биполярный доходит до насыщения, он начинает работать как SRD диод с рассасыванием носителей, с о-го-го каким амплитудно-фазовым преобразованием (в некоторых случаях эффект идет на пользу, все мы конечно знаем о чем речь). Но вот если не доводить до "греха" ...

 

"внешние" ограничители (в виде диодов, например)

Для биполярных иногда спасет, с полевыми скорее нет - рассасывание практически отсутствует. Речь конечно о Шоттки (про ограничение). Но все же лучше усиление на пользу пустить.

 

начал осваивать ГГцы потихоньку

Если на 7 МГц так все хорошо, про ГГц страшно подумать. "Конкуренты" растут.

 

Ну я тоже немного проапгрейдил свой блок управления в прошлом году, теперь у меня тоже есть "телевизор"

Ставлю лайк, давно не смотрел телевизор, и по всей видимости зря, однозначно подписываюсь )

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ну я тоже немного проапгрейдил свой блок управления в прошлом году, теперь у меня тоже есть "телевизор" ;) https://youtu.be/bUy8kKaALJI?t=120

Красота то какая, лепота! © Хочу такой же в электронный расцепитель :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites
Удивительно, видна разница по линейности между NP0 (хуже) и пленочными конденсаторами, не говоря о гармониках около -150 дБ. Александр, попробуйте объяснить.

В быстродействующей ФАПЧ я всегда использую тонкопленочные конденсаторы, типа таких:

 

ECHU_caps.pdf

ECPU_Caps.pdf

Считается, что конд-ры X5R, X7R имеют “эффект памяти,” т.е. нелинейность, что приводит к затягиванию частоты или вообще её срыву. Всегда думал, что NP0 этому не подвержены, возможно это не так…

 

ФАПЧ - это фильтр?

Если N=1, то, да, чистой воды фильтр. И к тому же очень шумливый.

 

Фазовый шум LC генератора частота 12 МГц не хуже чем -140 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. В сообщениях можно найти ФШ до -145 дБн/Гц на отстройке 1 кГц. Это уже кварц или ещё нет? :(

vhk, это очень достойный результат! Будет хорошей отправной точкой для Алексея (rloc), который скоро побьет все кварцы на LC катушках :).

 

Без соревнований, в первую очередь чтобы теорию выстроить. Истории с сапфировыми генераторами на модах шепчущей галереи, оптическими генераторами и т.д. напоминают гонку вооружений, чтобы пока было, потом придумаем для чего.

Вижу, что самому надо провести эксперимент, важнее сначала собрать макет, где можно независимо регулировать параметры, а потом переходить к рабочим схемам. Достижение шумов - не самоцель, а приложение. Что получится, то получиться.

Согласен. На самом деле, я лишь пытался выступить Вашим оппонентом, надеюсь, не сильно больно переусердствовал. На таких, как Вы земля русская держится. Если получите интересные результаты, буду первым в очереди Вас поздравить :).

 

Вот и бодаемся здесь о введении АРУ.

Вот, интересная статья о кварцевом генераторе с АРУ (рис.8):

 

Low_noise_Oscillators_Driscoll.pdf

Кстати, почему в LC генераторах не применяют "внешние" ограничители (в виде диодов, например)? В КГ это достаточно распространенное решение, и оно обычно приводит к улучшению шумов (в чем я на собственном опыте убедился не один раз), в LC-генераторах знаю только схему индуктивной трехточки от Роде, где был применен диод для ограничения амплитуды сигнала в контуре (правда как по мне, то включен он был неудачно, частично шунтируя контур).

Вот, здесь опыт применения ограничивающих диодов в DRO:

 

DRO_with_diodes.pdf

А это моё – ограничение в ЖИГ-сфере:

 

Patent_9819308.pdf

Как по мне, АРУ, диоды и т.д. позволяют из плохого и посредственного генератора сделать вполне приличный. Но не позволяют сделать из приличного очень хороший. В этом-то и проблема. Поэтому я приветствую изыскания Алексея, какими бы сумасбродными они не казались.

 

С синтезами для КВ у радиолюбительской братии полная северная лисичка

А в чем песец проявляется? Сейчас, вроде бы, всё в виде IC можно достать чуть ли не до 20 ГГц… Я не к тому, чтобы кого-то покритиковать, просто интересно, в чем у людей проблемы сейчас.

 

Сергей aka vhk aka sgk на cqham занимается вопросами измерения параметров любительской, в основном, аппаратуры с помощью звуковой карты.

Очень интересно. Vhk, Вы не проведете ликбез для чайников, как все это запустить? Шаг за шагом – такая-то звуковая карта, инсталлируем вот это и т.д. Если что, можно на мой email: achenakin@hotmail.com. Буду премного благодарен. $150K за E5052E - это вам не хухты-мухры даже для серьёзной компании.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вот, интересная статья о кварцевом генераторе с АРУ (рис.8):

Ну там как бы не АРУ, а два варианта диодного ограничителя. Первый на встречно-параллельных диодах, а второй состоит из иcточника напряжения (эмиттерный повторитель на транзисторе) и диод. Изменяя соотношение резисторов делителя в базе транзистора можно менять порог ограничения.

 

Я когда-то экспериментировал с ней https://electronix.ru/forum/index.php?showt...t&p=1430255 по наводке Виктора (ledum), он как-то на эту схему давал ссылку (там была статья вместе с пояснениями и несколькими ее вариантами, в огромном файле с материалами какой-то конференции). Однако кварцы у меня на 180МГц видимо таки плохие, потому вместо результата опять получился опыт :laughing: , ну и получилась наглядная демонстрация полезности работы усилительного элемента в линейном режиме.

 

А в чем песец проявляется? Сейчас, вроде бы, всё в виде IC можно достать чуть ли не до 20 ГГц… Я не к тому, чтобы кого-то покритиковать, просто интересно, в чем у людей проблемы сейчас.

Если отбросить лень и нежелание что-либо изучать, то я бы выделил:

1. Отсутствие измерительной техники и нежелание ее сделать

2. Некоторые сложности по воплощению идей в железе, связанные с требованием обеспечить не только низкие шумы, но и очень низкие ПСС (обычно менее -90..-110дБн).

 

Также многие ударились в прямую оцифровку на ВЧ, а там такой синтезатор не нужен.

 

Ваш вопрос заставил подумать и вспомнить свой путь до моего нынешнего СЧ. Как по мне, самое главное на этом пути это приобретение знании, потому пользуясь случаем хотелось бы поблагодарить всех участников этой и соседних тем, которые делились своими знаниями, давали подсказки, направления для поиска, делились результатами экспериментов, участвовали в обсуждениях, критиковали, сомневались :), Виктора (ledum) который поделился массой полезной информации и опытом, Алексея (rloc) за плодотворное участие во всех обсуждениях и обмен опытом, Александра (Chenakin) который позволил по другому взглянуть на некоторые схемы синтеза и радикально решить некоторые проблемы с ПСС, тау который высказывался не так часто, но очень точно :), Сергея (Sergey Beltchicov) за предложения и критику, VCO/YIG который часто сомневался в результате, но при этом здорово способствовал поднятию "планки" параметров ;), Dr.Drew за идеи малошумящего КГ из "ширпотреба", и всех кого не упомянул.

 

$150K за E5052E - это вам не хухты-мухры даже для серьёзной компании.

Если интересно, то могу рассказать/показать свой вариант (он тоже на базе ЗК, но используется не прямой замер, а измерение через систему ФАПЧ), а заодно рассказать как можно обойтись бесплатным ПО (официально бесплатным). Частично я этот вопрос уже освещал в этой теме. У меня измерялка сильно отличается от применяемой Сергеем ввиду того, что меня интересует диапазон повыше (до 500МГц, а последнее время и еще выше), карта немного похуже, а измерять хочется шумы поменьше.

 

Но я уже немного вырос из ЗК :), хочу бОльшую полосу - так что придется что-то изобретать, самое простое чтобы посмотреть шумы в дальней зоне - режекторный КФ + LNA + анализатор спектра, ну или систему оцифровки с бОльшей полосой сделать.

 

vhk писал о том, что вроде полевые лучше (на своих страницах, прошу поправить если не так), а я вот думаю биполярные лучше.

Сильно много на эту тему я не экспериментировал, с генераторами на более высоких частотах (около 200МГц), чем у Сергея, биполярные были лучше, думаю причина в том, что имеющиеся полевые просто не тянули по частоте. В ходе экспериментов также заметил, что полевой транзистор намного менее критичен к выбору обратной связи, чем биполярный.

 

Если на 7 МГц так все хорошо, про ГГц страшно подумать. Конкуренты растут.

На ГГц вопросов и нюансов намного больше, а опыта намного меньше, так что там для меня еще не паханная целина :).

 

Кстати по теме LC-генератора, есть одна схема, с двумя контурами, которая со слов авторов обеспечивает скорость спада шума 30дБ/дек, а не 20дБ/дек. Не совсем понятно должна ли такая схемотехника вообще что-то улучшать, но если интересно можно обсудить (математического анализа нигде не встречал, как и результатов моделирования, последнее наверное было бы интересно посмотреть, но у меня подходящего софта, чтобы смоделировать два варианта со вторым контуром и без него нет):

post-39839-1521877613_thumb.png post-39839-1521877619_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now