Jump to content

    
Green_Smoke

Синтезаторы частот. От концепции к продукту.

Recommended Posts

Народный измеритель ФШ, реализация:

1. Базовый блок две микросхемы АЦП типа AK5397, полоса до 384 кГц, -173 дБн/Гц без кросс корреляции, -193 дБн/Гц с кросс корреляцией. Микросхема "даташит"

https://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK5397EQ.pdf

2. Сменные ВЧ блоки со смесителями и генераторами (синтезаторами) в зависимости от частоты, диапазона частот.

3. Многофункциональность: измерение фазовых шумов, амплитудных шумов, 2-4 канальный анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений, АЧХ, ФЧХ, декодирование АМ, ФМ, SSB.

Edited by vhk

Share this post


Link to post
Share on other sites
1. Базовый блок две микросхемы АЦП типа AK5397, полоса до 384 кГц, -173 дБн/Гц без кросс корреляции

По данным из даташита получается не лучше -164 дБн/Гц

 

2-4 канальный анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений, АЧХ, ФЧХ, декодирование АМ, ФМ, SSB.

Тогда я пас в этом проекте.

 

Предлагаю остановиться на измерителе ФШ+АШ+Power с логарифмической шкалой от несущей в полосе АЦП (мульти-Найквист), широкой, один Найквист = 50-200 МГц. Итоговая полоса может быть до 1.5 ГГц в относительно недорогом исполнении. С СВЧ частью, приемом и декодированием каждый решит сам, как продолжить. По структуре можно заложить разные варианты развития. Задачи приема и измерения ФШ не всегда оптимальны в одном устройстве. В измерителе ФШ, на мой взгляд, вполне допустимы спуры 60-70 дБн.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Задача разбивается на несколько этапов:

Чисто теоретически мог бы принять участие в 1-5, 7, 9, 11, 12, 13, 14, но есть очень много нюансов, которые требуют уточнения, чтобы дать нормальный ответ. Например, какой конечный результат хочется видеть (т.е. нужен черновик ТЗ), в какие сроки, в каком виде, под какой лицензией будет HW, FW, SW, что получает в итоге каждый участник, ну и т.п.

 

В такую цену только звуковая карта лезет. Квадратурный коррелятор типа такого, на который приведена ссылка будет уже значительно дороже. И кстати, там патентные проблемы могут быть. Для самодельщиков не актуально, а вот большой фирме такой геморрой вряд ли нужен.

Тот вариант с 4мя АЦП, не смотря на то, что весьма привлекателен (с идейной точки зрения), для обсуждаемого девайса наверное не слишком актуален. Возможно есть смысл сносить в ноль все в analog domain тогда к АЦП требования очень скромные и легко реализуется режим замера на DC, но шум внизу диапазона будет хуже.

 

На счет цены в 100..200баксов, для стоимости деталей наверное несколько маловато, хотя зависит от параметров, то, что могло бы интересовать меня, наверное будет все же немного дороже.

 

У меня не получилось засинхронизировать две микросхеы аудио-АЦП на один канал I2S.

Я у себя такой проблемы не замечал - один АЦП работает мастером на I2S, второй слейвом, собственно и все. Как вариант оба могут работать слейвами.

 

Чувствительность: -200 дБн/Гц на 100 МГц, отстройка 10 кГц

Гулять так гулять ;) Может лучше определиться с цифрой без кросскорреляции? Она будет наверное более адекватно отражать требования к железу. Заодно и время измерения можно будет прикинуть. Можно кстати прикинуть, на отстройке 10кГц полоса анализа в 1кГц наверное будет допустима, тогда принимая время замера в 1минуту удастся накопить 100000корреляций = 25дБ выигрыш, за 1,5часа можно еще на 10дБ опуститься = 35дБ выигрыш, следующие 5дБ потребуют 14часов измерений, что наверное имеет мало практического смысла. Получается сам измеритель должен иметь шум на 10кГц отстройке и частоте 100МГц не хуже -165дБн/Гц. Это реально для широкополосного варианта в дешевом приборе? Как то у меня сомнения...

 

В итоге хотелось бы что-то типа:

Fвх = 10 МГц – 20 ГГц

Fотстр = 1 Гц – 100 МГц

Чувствительность: -200 дБн/Гц на 100 МГц, отстройка 10 кГц

У меня пожелания более скромные:

1. Диапазон частот DC + 1МГц..6ГГц

2. Полоса анализа минимум 10Гц..1МГц, хорошо бы до 20МГц

3. ДД прибора без кросскорреляции, если делать с упором на простоту и цену, то наверное лучше, чем -150дБн/Гц внизу диапазона и -100дБн/Гц вверху не получится (это на отстройке в 10кГц, ограничена цифра будет синтезаторами), хотя хотелось бы конечно получше. С полосой анализа 1кГц минута накопления опустит планку шума еще где-то на 25дБ.

 

 

Если нужен только логарифмический масштаб по частоте, то в обработке ничего сложного нет - это несколько этапов децимации (разбил бы на октавные диапазоны) на простой FPGA.

Если несколько урезать аппетиты по полосе анализа (или пожертвовать временем измерения), то для удешевления всю обработку можно сделать на ПК. Не вижу, чтобы просто децимация на FPGA, без БПФ, дала существенные преимущества, вот если там же сделать БПФ...

 

+DC

+1, хотя это для многих вариантов железа создаст дополнительные сложности.

 

Народный измеритель ФШ, реализация:

Не, это все не то. Нужна более широкая полоса и возможность проведения измерений на любой частоте (в пределах рабочего диапазона), а не на тех, на которые есть малошумящие генераторы. Ну и из того, что Вы перечислили, только анализатор спектра в некоторые варианты железа можно относительно безболезненно (программно) впихнуть.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3. Многофункциональность: измерение фазовых шумов, амплитудных шумов, 2-4 канальный анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений, АЧХ, ФЧХ, декодирование АМ, ФМ, SSB.

пункт 3 кроме первых двух подпунктов- побоку. Иначе получится "с пасьянсом и радистками" ©. К своим предложениям ( 2 канала измерений если получится с кросс-корреляцией, два канала управления независимыми гетеродинами, частотометр для начального поиска ПЧ, еще добавляю измеритель уровня сигнала ПЧ по постоянке для калибровки амплитуды.

Два смесителя диодных и два VCXO c панелькой под сменные кварцы разводить на плате. Перемычками иметь возможность переключаться на внешние смесители ( с балансным и небалансным выходом ПЧ) и на внешние гетеродины. К сожалению без перемычек не обойтись в связи с требованием малых шумов. Альтернатива- герконовые реле. Все твердотельное привносит слишком много шума.

 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если несколько урезать аппетиты по полосе анализа (или пожертвовать временем измерения), то для удешевления всю обработку можно сделать на ПК. Не вижу, чтобы просто децимация на FPGA, без БПФ, дала существенные преимущества, вот если там же сделать БПФ...

На FPGA можно попробовать сделать ДПФ сразу в логарифмическом масштабе, допустим на 1024 точки. Производительности хватает на такие операции. При этом в каждой частотной точке будет наибольшее накопление за определенный интервал времени, а кривая на экране будет плавно приближаться к уровню измеряемого источника.

 

В принципе можно еще несколько плюшек добавить типа FLL цепи для измерения ФШ дрейфующих по частоте источников

Хорошо PLL и FLL делать в цифре, чтобы не добавлять лишних шумов, поэтому вариант без синтезаторов более привлекателен. Речь о Symmetricom и NIST.

Share this post


Link to post
Share on other sites
На FPGA можно попробовать сделать ДПФ сразу в логарифмическом масштабе, допустим на 1024 точки. Производительности хватает на такие операции.

Это понятно, задача в принципе не слишком сложная (в вычислительном плане) весь вопрос в объеме FPGA и, соответственно, цене.

 

Речь о Symmetricom и NIST.

Он будет сильно ограничен по частоте. Да и выиграть очень много (в сравнении с синтезаторным вариантом) наверное не выйдет, думаю порядка 10дБ разница будет в сравнении с вариантом с простыми синтезаторами, хотя с другой стороны 10дБ разницы это в 100 раз быстрее...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Это понятно, задача в принципе не слишком сложная (в вычислительном плане) весь вопрос в объеме FPGA и, соответственно, цене.

300 Eu за простенький модуль с Zynq US+ c 1GB 32bit DD4, контроллером Ethernet и USB, и необходимым количеством выводов для подключения нескольких АЦП с частотой 100-2600 МГц - много по цене? Есть более дорогие и производительные в таком же форм-факторе. Возможно есть дешевле на других семействах FPGA, детально не смотрел.

 

Для обсуждения предлагаю следующий вариант решения:

 

post-1462-1523440118_thumb.png

 

Один из путей расширения диапазона (на мой взгляд не самый оптимальный):

1. Добавлением широкополосных THA.

 

post-1462-1523440123_thumb.png

 

Другие варианты развития:

2. В качестве THA - строб-смеситель на базе ГГ на транзисторе и широкополосного смесителя (отправная точка - SIM-153LH+, потом - Marki).

3. В качестве THA - строб-смеситель на базе формирователя коротких импульсов (HMC705) и широкополосного смесителя.

4. Применение более скоростных ADC с широкой входной полосой (встроенный THA).

5. Добавлением двух независимых малошумящих синтезаторов (подстройка по частоте и фазе не нужна, а это большой плюс).

 

Результаты c HMC661 (прошу учесть, 2003-2004 год, ADC 2-3 GHz 8bit):

 

post-1462-1523440128_thumb.png

 

Статья в оригинале: 2650.pdf

Share this post


Link to post
Share on other sites
300 Eu за простенький модуль с Zynq US+ c 1GB 32bit DD4, контроллером Ethernet и USB, и необходимым количеством выводов для подключения нескольких АЦП с частотой 100-2600 МГц - много по цене?

Ну как сказать, я понимаю, что не много по тому, что там на плате имеется, но для моего бюджета на этот проект, учитывая, что 300EU это далеко не все железо многовато. Я сторонник отправить все по максимуму на обработку на ПК, тем более, что 100МГц полоса анализа мне не нужна, а до 10МГц обработка на ПК не должна вызывать проблемы.

 

Для обсуждения предлагаю следующий вариант решения:

post-1462-1523440118_thumb.png

Интересно зачем они нарисовали независимые генераторы для тактирования АЦП? Сами же на формулах показали, что вносимая ими ошибка после вычитания сигнального и референсного каналов скомпенсируется. У Timepod 5330 да и у Symmetricon'а помнится опора общая.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я сторонник отправить все по максимуму на обработку на ПК, тем более, что 100МГц полоса анализа мне не нужна, а до 10МГц обработка на ПК не должна вызывать проблемы.

Все обсуждаемо.

 

Интересно зачем они нарисовали независимые генераторы для тактирования АЦП?

Можно и одинаковую, для цифровой обработки легче. Если АЦП внутри одной микросхемы, то нужно обязательно разносить по фазам или частотам. Я сторонник разделения по разным корпусам и хорошей фильтрации по питанию, но даже в этом случае не избежать связи через входные цепи, где чаще используют резистивные делители мощности.

Share this post


Link to post
Share on other sites

<deleted>

 

VCO, вам предложено было извиниться, но извинений не последовало.

за нарушение пп. 2.1а, 2.1в, 2.1д Правил форума вам повышен уровень предупреждений

и установлен режим readonly на неделю.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ребята

Жень, что случилось? Не думаю, что у Александра все гладко и сладко. Если есть возможность вернуться в Анритсу, буду очень рад. Измерительная техника - одно из самых наукоемких направлений, есть где развернуться творческому человеку.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ребята

Как-то радикально уж очень.

 

Пока по крайней мере я от общения в этой теме больше получил, чем отдал, в том числе и от Александра. Да и в обсуждении думаю сокровенных тайн всеравно никто не откроет, скорее это попытка найти компромисс среди известных решений удовлетворяющий требованиям.

 

Я сторонник разделения по разным корпусам и хорошей фильтрации по питанию, но даже в этом случае не избежать связи через входные цепи, где чаще используют резистивные делители мощности.

Я тоже сторонник отдельных АЦП. Кстати, а как Вы относитесь к упрощенному варианту с двумя АЦП, в котором сравнение фазы идет с "идеальным" сигналом (а не с полученным второй парой АЦП)? Понятно, что в этом случае опора у АЦП должна быть раздельная и ее шум будет присутствовать в выходном сигнале, кроме того не получится сравнивать два одинаковых генератора решая при этом вопрос малошумящей опоры радикально, но в остальном должно ведь работать?

Edited by Шаманъ

Share this post


Link to post
Share on other sites
как Вы относитесь к упрощенному варианту с двумя АЦП, в котором сравнение фазы идет с "идеальным" сигналом (а не с полученным второй парой АЦП)?

Размышления такие. В четырехканальном варианте измеряемый и образцовый сигналы проходят одинаковые пути с одинаковыми нелинейностями. Добавочный шум, после преобразования на нелинейностях, вычитается на выходе без потери чувствительности. Эти тонкие материи можно увидеть только на практике, пока приходится доверять опыту людей.

Даже если взять смесители вместо THA, то казалось бы при полном сходстве LO и RF, уровни сигналов подаются разные (на LO - с ограничением, на RF - на линейном участке), и набегают шумы преобразования.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А разве Вы не ушли Анритсу в Микро Ламбда???

Да, и эл. почта у Вас была на Анритсу ЕМНИП :wacko:

Задачи в МЛ выполнены, вернулся в Анритсу, подробности оставим за кадром. Эл. почта в Анритсу - Alexander.Chenakin@anritsu.com. P.S. Извините, но последние Ваши сообщения абсурдны и не по адресу. Вы бы лучше разобрались со своими проблемами, чем пакостить по мелкому тут и там.

 

Если разбить диапазон отстройки на декадные куски (как пример) с полосами анализа 10-100-1000-... Гц?

Весьма здравая мысль. Сейчас на E5052 это фактически делаешь сам в ручном режиме. Если надо померять малые шумы на дальних отстройках, то запускаешь шкалу отстроек от 1 кГц (больше почему-то не позволяет) и тогда корреляции накапливаются довольно быстро. Почему нельзя это было заложить в автоматику прибора – не понятно…

 

Предлагаю остановиться на измерителе ФШ+АШ+Power с логарифмической шкалой от несущей в полосе АЦП (мульти-Найквист), широкой, один Найквист = 50-200 МГц. Итоговая полоса может быть до 1.5 ГГц в относительно недорогом исполнении. С СВЧ частью, приемом и декодированием каждый решит сам, как продолжить. По структуре можно заложить разные варианты развития.

Присоединяюсь.

 

На счет цены в 100..200баксов, для стоимости деталей наверное несколько маловато, хотя зависит от параметров, то, что могло бы интересовать меня, наверное будет все же немного дороже.

Для меня было бы достаточно чуть выше себестоимости.

Наверное, действительно не стоит зацикливаться на цене (возможности у всех разные), а лучше обсудить некий “разумный” вариант (понятие относительное, конечно) и потом попытаться его оптимизировать в плане достижимых характеристик/цены.

 

Для обсуждения предлагаю следующий вариант решения:

Хорошее начало – для программы-максимум. Теперь надо переходить к выбору АЦП и ПЛИС – блок-схема может поменяться, т.к. процесс итеративный.

 

Один из путей расширения диапазона (на мой взгляд не самый оптимальный):

1. Добавлением широкополосных THA.

Тоже THA никак не нравятся. Варианты 2 и 3 более привлекательны.

 

5. Добавлением двух независимых малошумящих синтезаторов

Не совсем понятно, как сюда вписываются синтезаторы, если использовать 100 МГц OCXO в качестве REF (что ставить в нижних каналах, где сейчас показаны ТНА)?

 

(подстройка по частоте и фазе не нужна, а это большой плюс).

Значит в каждой корреляционной точке можно слегка изменять частоту (можно по случайному закону). Предполагая (точнее, обеспечив), что спуры синтезаторов тоже будут смещаться, можно применить аналогичную корреляционную обработку и для подавления спуров. Тогда можно сделать относительно простой СА с улучшенной динамикой.

 

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.