Перейти к содержанию
    

Синтезаторы частот. От концепции к продукту.

10 часов назад, vhk сказал:

Термин -умножитель добротности применялся к регенераторам. Где уровень ПОС не достаточен для работы в режиме генерации.

С этим согласен. Тут есть какой-то физический смысл. Компенсируем потери в контуре, повышается добротность (хотя и тут скорее стоит говорить о повышении селективности приемника, собственная добротность контура остается неизменной). Для генератора сложнее, т.к. следуя этой логике, добротность становится равной бесконечности. Тут вопрос в целесообразности. А зачем нам все это надо?

Все пытаюсь добиться от Алексея прояснить вопрос целеполагания - чтобы пустить дискуссию по управляемому руслу. Как я понимаю, можно сформулировать две проблемы:

1. Как наилучшим образом описать шумовые характеристики АГ?

2. Как практически улучшить шумы АГ?

По первому вопросу пока ничего лучше, чем формула Лисона особо и не придумано. Формула оперирует (т.е. тем, что можно менять на практике) четырьмя параметрами: P, N (коэффициент шума), fa (граничная фликкер частот) и Q (нагруженная добротность). Самое забавное, что единственным удачным параметром, как раз, и является добротность, т.к. (а) её можно реально измерить независимо от топологии и параметров АГ и (б) измерения шумов практических АГ довольно хорошо коррелируют с таким значением Q (точка перехода с плоского участка на участок с наклоном 20 дБ/дек.). Собственно, поэтому я и против всяких новых терминов типа “умножение добротности”. Зачем менять единственное, что хорошо работает, на какую-то умозрительную вещь в себе?

9 часов назад, Dr.Drew сказал:

Сергей Бельчиков может подробнее рассказать его историю с мостами. Кратко - не работает, как того хотелось бы. Отсюда, всякие рассуждения про потенциал теряют смысл.

Да, было такое:

1.thumb.JPG.ca153c8db35640a665ac8a093923f4e1.JPG

2.JPG

10 часов назад, rloc сказал:

Мне кажется, на примерах нагляднее понять. Добавлю еще один для сравнения:

Алексей, как я понимаю, Вы решаете проблему улучшения шумов в АГ и предлагаете перейти к данной схеме, так? А можно её описать формулой Лисона, чтобы понять, а что собственно (какой параметр и в какую сторону) меняется? Извините за занудство, я всего лишь пытаюсь упорядочить дискуссию, т.к., смотрю, постоянно скачем с одной схемы на другую, причем каждый подразумевает что-то свое.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1 час назад, Chenakin сказал:

А можно её описать формулой Лисона, чтобы понять, а что собственно (какой параметр и в какую сторону) меняется?

В первую очередь хотел задать Вам и Андрею этот вопрос ) Мне понравилось, как вы изложили подход к формуле Лиисона, а с учетом общей применимости, формула должна описывать и вариант с мостом.

 

1 час назад, Chenakin сказал:

Вы решаете проблему улучшения шумов в АГ и предлагаете перейти к данной схеме, так?

В глобальном смысле - да, рассмотрение вопросов по уменьшению шумов. А в частности интересуют два вопроса (из того, что непонятно):

 

1. Какие преимущества дает мостовая схема в условиях реальных нелинейностей, упрощенный вид которой приведен на последних картинках? Да, я прекрасно осознаю, что это может не самый оптимальный, стабильный, энергоэффективный и т.д. вариант, но с точки зрения оценки потенциала с помощью модели Лиисона может быть весьма полезна. Просто потому, что легче считать. Дальше можно усложнить схему путем введения преобразования на нулевую частоту, показать преимущества такого варианта построения и дополнить вычисления новыми слагаемыми.

 

2. Давно "висит в воздухе" вопрос о форме огибающей ФШ в мостовых схемах? Я пытался плавно подвести к этому вопросу, который в свое время озвучивал Сергей Бельчиков. Допустим, эффективная добротность не меняется, тогда на первый взгляд единственным плюсом мостовой схемы видится снижение фликкерной границы fc, и по формуле Лиисона должен получиться наклон ФШ 20дБ/дек. В реальности, по многочисленным экспериментам Сергея Бельчикова, с оптимальными настройками автогенератора выходит 30дБ/дек. Впрочем у Андрея я тоже вижу 30дБ/дек. Загадка.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

42 минуты назад, rloc сказал:

В первую очередь хотел задать Вам и Андрею этот вопрос ) Мне понравилось, как вы изложили подход к формуле Лиисона, а с учетом общей применимости, формула должна описывать и вариант с мостом.

У меня нет готового ответа на этот вопрос. Могу лишь поддержать обсуждение. Я не понимаю, что значит “схема с мостом”. Где здесь мост? Что здесь балансируется? Я вижу роль циркулятора в изменении (оптимизации) связи с резонатором. Кстати, а как Вы оцениваете роль циркулятора в данной схеме? Почему мы должны получить улучшение шумов? Если ответим на этот вопрос, то, наверное, далее можно будет перейти к формуле Лисона для данной схемы.

 

42 минуты назад, rloc сказал:

В глобальном смысле - да, рассмотрение вопросов по уменьшению шумов.

Понятно.

 

42 минуты назад, rloc сказал:

Какие преимущества дает мостовая схема в условиях реальных нелинейностей, упрощенный вид которой приведен на последних картинках?

Договоримся использовать в дальнейшей дискуссии эту схему?

1.thumb.JPG.4a39c2ba61b70efe7c17766a79b0ac9d.JPG

 

42 минуты назад, rloc сказал:

Допустим, эффективная добротность не меняется

Что значит “эффективная добротность”?

 

42 минуты назад, rloc сказал:

тогда на первый взгляд единственным плюсом мостовой схемы видится снижение фликкерной границы fc

Это почему? Как по мне, fс (фликкерная граница) – это такая черная магия, которую привлекают, чтобы описать два процесса в АГ. Первое – наличие низкочастотных шумов в активном приборе (т.е. выбор технологии, например, использование кремниевых транзисторов). Второе – преобразование этих шумов на нелинейности активного прибора. Т.е. fс – это суть описания нелинейности, такая себе ещё одна вещь в себе, которую привлекают, когда не могут сформулировать параметр, который можно измерить и использовать (да, хорошо было бы каким-то боком вместо фликкера приткнуть IP3, но вот вопрос – как это сделать?).

 

А пока вопрос к Вам – почему Вы считаете, что мостовая схема (см. рис. выше, пока ни о каких интерферометрах и иже с ними не говорим) должна улучшить fс? И почему она мостовая? Что Вы считаете мостовой схемой?    

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

2 часа назад, Chenakin сказал:

Что Вы считаете мостовой схемой?

Процитирую хорошо известного нам Царапкина Д.П. "Методы генерирования колебаний с минимальным уровнем фазовых шумов", 2003г.

Bridge.thumb.png.2dd1ed171cec87497bc64760a3a71a59.png

 

2 часа назад, Chenakin сказал:

И почему она мостовая?

Y-circulator.thumb.png.ad3c918d416891c1567c7d6539eb8c2b.png

Если из рассмотрения выкинуть волновые сопротивления входа/выхода и подключить ко входу циркулятора выход усилителя, то будет сравниваться выходное сопротивление усилителя с эквивалентным сопротивлением резонатора (критическая связь).

 

2 часа назад, Chenakin сказал:

почему Вы считаете, что мостовая схема (см. рис. выше, пока ни о каких интерферометрах и иже с ними не говорим) должна улучшить fс?

Спасибо за вопрос. Предположим, что вместо резонатора подключена резистивная нагрузка Rн, равная среднему выходному сопротивлению усилителя Rвых. Тогда, в зависимости от отклонения выходного сопротивления усилителя Rвых<>Rн на выходе схемы будет формироваться сигнал ошибки, пропорциональный отклонению от Rн и по знаку соответствующий, в какую сторону отклонение, больше или меньше Rн. Далее сигнал ошибки поступает на вход усилителя, который компенсирует это отклонение. По-другому этот процесс можно назвать линеаризацией. Поднимая точность балансировки моста с одновременным повышением усиления, можно повышать тем самым линейность усилителя (IP3). Поскольку фликкер-шум на несущей - это преобразование шумов, в том числе с низкой частоты, то повышение линейности уменьшает фликкерную границу fc. Поэтому я был против отдельного измерения fc, вне кольца автогенератора.

 

В итоге мостовая схема с резонатором выполняет две важные функции:

 

1. Вырабатывает сигнал ошибки при отклонении частоты от резонансной,

2. Вырабатывает сигнал ошибки при отклонении выходного сопротивления усилителя от эквивалентного сопротивления резонатора.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

 

19 часов назад, rloc сказал:

Процитирую хорошо известного нам Царапкина Д.П. "Методы генерирования колебаний с минимальным уровнем фазовых шумов", 2003г.

Да, хорошо известного. Уникальный человек.

Все вроде правильно, но, все равно, непонятно, почему, собственно, уменьшаются шумы АГ. Ну и далее, от циркулятора до практической схемы у Царапкина очень большой путь. Изложу свою логику, идя по этому пути. Опять, возьмем простейшую схему АГ:

 

image.thumb.png.a16a0b4c6f76a709ef5fe0cadec9b8c3.png

 

Задача – требуется уменьшить фазовые шумы. Интуиция подсказывает, что наибольшие шумы вносятся активным элементом. Тут по-хорошему вообще-то нужно залезть вглубь усилителя и “почистить” там его электроны, чтобы спектр не загрязняли :). Но я лично так не умею. Я мыслю на системном уровне, т.е. ищу решение на внешнем уровне по отношению к усилителю. Имеем усилитель с какими-то там неведомыми фликкер и всякими другими шумами. А по-простому, уровень шумов на его выходе превосходит уровень шумов на его входе (за вычетом усиления). Требуется эту разницу минимизировать. Никто ещё ничего не придумал лучше ООС. Соответственно, сигнал (уровень шумов) на выходе усилителя, сравниваем с сигналом на входе, выделяем сигнал ошибки, который будет что-то корректировать, чтобы минимизировать эту разницу. Что измеряет сигнал ошибки – фазовый детектор (раз минимизируем отклонения фазы). Лучший на сег. день фазовый детектор – балансный смеситель. Что корректирует фазу - например, фазовращатель. В итоге приходим к такой схеме:

 

image.thumb.png.13c778b518ce73fec85b25ffd9847642.png

 

 

Но, возникает проблема. Такая схема будет подавлять не только шумы, но и сам генерируемый сигнал. Соответственно, нужно исключить основной сигнал из ООС. Это можно сделать, например, введением режекторного фильтра:

 

image.thumb.png.008dce7e322852704ba4ec9afeb672df.png

 

А вот тут и начинаются проблемы. Нужно убрать “сам” сигнал (несущую), но оставить шумы. Т.е. режекторный фильтр должен быть исключительно острым. Что может быть лучше, чем сам резонатор с исключительно высокой добротностью? А зачем нам, собственно, сам основной резонатор? Пусть АГ генерирует абы-что, хоть одни шумы, а эта цепь вырежет все ненужное по определению. Тут и приходим, к идее совмещения резонатора, как основного элемента в цепи ПОС этого кольца, а также режекторного фильтра в цепи ООС схемы подавления шумов. Кстати, давить несущую можно не только режекторным фильтром, но и фазовыми методами. Именно тут и всплывают мосты, а также интерферометр (как по мне, термин интерферометр - это очередная маркетинговая приблуда).

Другая проблема – нужно усиливать очень малый сигнал ошибки (шумы по определению). Сначала вводят УПТ после смесителя. Но это не обеспечивает высокую чувствительность. Поэтому усиливают СВЧ сигнал перед смесителем с помощью МШУ:

 

image.thumb.png.83f4d616bb1bcef2b17ca6bc83ec8c44.png

 

Здесь, вроде, можно достичь очень высокой чувствительности, увеличивая коэффициент усиления МШУ. Но в какой-то момент начинают играть роль уже шумы самого МШУ (не только его коэффициент шума, но и фликкер шумы и прочая чертовщина). Бороться с этим можно работая в “очень” малосигнальном режиме, т.е. опять же подавляя несущую на входе МШУ. И что в итоге? Чего добились? Добились того, что, можно анализировать поведение элементов вне ПОС (как по мне, внутри ПОС ещё никто ничего предсказать не смог, т.к. это неконтролируемый взрыв по определению):

1.       Нужно всячески подавлять несущую на входе усилителя (приемника) сигнала ошибки. Отсюда – высокодобротный режекторный фильтр (резонатор), мосты, интерферометр и т.д.

2.       Увеличивать чувствительность цепи подавления шумов, т.е. увеличивать коэффициент усиления МШУ (в пределах, устанавливаемым в п.1).

Вот, где-то так.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

5 часов назад, Chenakin сказал:

Лучший на сег. день фазовый детектор – балансный смеситель. Что корректирует фазу - например, фазовращатель.

Я бы для общности рассмотрел квадратурный балансный смеситель с последующим квадратурным модулятором. Мы часто забываем, что есть АШ, который в общем случае может быть не намного меньше, чем ФШ. Зачем ограничивать себя только компенсацией ФШ? И потом, даже если нам не важен АШ, он может выступить ограничивающим фактором при попытке снижения ФШ в схеме с одним балансным смесителем.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

11.04.2021 в 23:25, rloc сказал:

Я бы для общности рассмотрел квадратурный балансный смеситель

С квадратурным смесителем надо разбираться. Если рассматривать чувствительность абстрактного супергетеродинного приемника, то обычно полезный сигнал лежит с одной стороны гетеродина, а шумы конвертируются с обоих сторон. Отсюда используют квадратурный смеситель (с подавлением зеркального канала) вместо полосового фильтра перед смесителем. В нашем же случае, наоборот, полезным сигналом являются шумы по обе стороны от несущей.

 

11.04.2021 в 23:25, rloc сказал:

Зачем ограничивать себя только компенсацией ФШ?

Я и не против. Тут бы, правда, с ФШ сначала разобраться :). Можете нарисовать схему для подавления и ФШ, и АШ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

12 hours ago, Chenakin said:

С квадратурным смесителем надо разбираться.

Александр, можете что нибудь сказать по поводу использования sub-harmonic IQ modulator  в качестве квадраутрного смесителя в петле синтеза? Интересует именно квадратурный смеситель с накачкой субгармоникой высокого порядка. Что то по типу строб-смесителя но с выделением заданной боковой полосы без фильтров- преселекторов. Ну например петля на миллиметры со смесителем типа HMC1057

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

7 часов назад, khach сказал:

Александр, можете что нибудь сказать по поводу использования sub-harmonic IQ modulator  в качестве квадраутрного смесителя в петле синтеза?

В общем и целом, особо ничего не могу добавить к тому, что использование квадратурного смесителя позволяет устранить неопределенность в начальной установке частоты в офсетных схемах.

 

7 часов назад, khach сказал:

Интересует именно квадратурный смеситель с накачкой субгармоникой высокого порядка.

Если говорить именно о гармониках высокого порядка (по типу смесителей Metelics, M-pulse и т.д. со встроенным ДНЗ), то тут возникает проблема повышенных шумов из-за преобразования шумов на многочисленных гармониках:

image.thumb.png.269f1c577f1cbad2797e53137de0123e.png

Кроме того, такие смесители довольно капризные в настройке (как и все, что связано с ДНЗ). Из субгармонических смесителей мне только импонирует преобразование на второй гармонике на антипараллельной диодной паре. Тут, как раз, с повторяемостью все неплохо. В свое время использовал такое решение в КС лайт (рис. 6.4 в вышеобозначенной книге). При желании можно применить и квадратурный вариант по типу упомянутого HMC1057 .

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

3 hours ago, Chenakin said:

В общем и целом, особо ничего не могу добавить к тому, что использование квадратурного смесителя позволяет устранить неопределенность в начальной установке частоты в офсетных схемах.

Да, основная идея была именно в устранении неопределенности с боковыми полосами ПЧ после переноса частот и до захвата петли.

Высокие коэффициенты умножения LO позволяют упростить схему синтеза генератора подставки. Но коэффициенты умножения предполагались  выбирать в пределах 4-8. А вот возможен ли вообще квадратурный смеситель на ДНЗ я как то сомневаюсь. Из опыта- ДНЗ фазы гармоник крутит как прийдется. Как получить квадратуры после умножения в этом случае- без понятия. А две гармоники LO при использовании ДНЗ будут близко друг к другу и результаты преобразования все пролезут в тракт ПЧ.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

On 4/12/2021 at 4:06 AM, Chenakin said:

Добились того, что, можно анализировать поведение элементов вне ПОС (как по мне, внутри ПОС ещё никто ничего предсказать не смог, т.к. это неконтролируемый взрыв по определению):

 

Схема автогенератора лампе или транзисторе где в сетке или затворе контур, в цепи анода или стока катушка цепи ОС. Катушку можно поворачивать меняя уровень ОС и знак - ПОС или ООС. 

Изменяя угол поворота катушки ОС можно изменять уровень сгенерированного сигнала в диапазоне 135 дБ. Можно ли рассматривать такую схему где ПОС "контролируемый взрыв"?

величина ПОС пояснение.png

Поворот ООС.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

"Неконтролируемый взрыв" — это образно, конечно. На самом деле, если копнуть глубже, любой АГ включает в себя также ООС, которая стабилизирует сигнал на некотором уровне. А иначе вся система пошла бы вразнос и выгорела (собственно, это и был бы неконтролируемый взрыв). Если изобразить классическую ПОС как на рис. 1 (как нас ещё, помнится, в школе учили), то реальный АГ будет выглядеть как на рис. 2 – комбинация ПОС и ООС.

 

1.thumb.JPG.6c7820f90c7d3bbbe7dcf70450178c2e.JPG

Рис. 1

 

2.thumb.JPG.12ea5c23c1d0d779ee71c05c6be1f409.JPG

Рис. 2

 

Причем дельта между точкой А (начало генерации) и точкой Б (стабилизация амплитуды) будет определять, насколько мы углубились в нелинейность и испортили шумы (опять же образно на пальцах, не теоризируя). В этом плане Ваш эксперимент выглядит весьма интересным и поучительным. Насколько я понимаю, в Вашей системе шумы будут плавно возрастать от желтой линии (начало генерации) до голубой (макс. ПОС)? Вообще, очень хороший эксперимент в чистом виде посмотреть влияние глубины ПОС на шумы при прочих равных (тот же активный прибор, та же схема включения и т.д.). Кстати, а насколько сложно (стабильно) удерживать систему в режиме “начала генерации”? И насколько тяжело выявить это самое начало?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

15 hours ago, Chenakin said:

"Неконтролируемый взрыв" — это образно, конечно. 

......

Насколько я понимаю, в Вашей системе шумы будут плавно возрастать от желтой линии (начало генерации) до голубой (макс. ПОС)? Вообще, очень хороший эксперимент в чистом виде посмотреть влияние глубины ПОС на шумы при прочих равных (тот же активный прибор, та же схема включения и т.д.). Кстати, а насколько сложно (стабильно) удерживать систему в режиме “начала генерации”? И насколько тяжело выявить это самое начало?

Предполагал, что "неконтролируемый взрыв" это специфика работы СВЧ автогенератора с резонатором на сапфире. Удерживать в режиме "начала генерации" не сложно. Вопрос, какой уровень увеличения сигнала над шумами считать генерацией (началом генерации)? Например: увеличить уровень сигнала поворотом катушки до уровня на 3 дБ превышающим минимальный уровень шума установки. Или по критерию "умножение добротности".  В данном макете конструктивная добротность контура Q = 110. Желтый спектр эквивалентная добротность частоте 3,627 МГц примерно Q = 5000. Увеличение добротности в 45 раз считать началом генерации или какой либо другой уровень. Для меня вопрос не понятный, что считать началом генерации сигнала в автогенераторе.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Можно посмотреть и под другим углом. Поворот катушки меняет связи с резонатором. При очень слабой связи (желтая линия) абсолютные шумы небольшие, но сам сигнал тоже небольшой. Соответственно, фазовый шум (отношение уровня шумов к уровню сигнала) тоже не очень хороший. Другой экстремальный случай – голубая линия. По идее должен быть оптимум по фазовым шумам (относительная величина). Можно его найти? Точнее, оптимума может и не быть, если максимальная связь, соответствующая голубой линии, все ещё ниже оптимальной, и надо ещё больше увеличивать связь. Опять же, хорошо было бы посмотреть промежуточные значения между желтой и голубой линиями.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1 час назад, vhk сказал:

Удерживать в режиме "начала генерации" не сложно.

Добрый день! А мне показалось что это жутко сложно.

Моделирование подсказывает- где то 50 ppm в ПОС надо "ловить" при добротности контура=100 в течение секунды начиная с уровня шумов, пока колебания нарастают и плавно останавливаются из-за мягкого роста 2-3-й гармоники (-56дБ), не упираясь в питание. (скрин) . При этом коэфф деления К в ПОС по модели равен 1801.202021-04-25_20-31-06.thumb.png.21ca351ac1ba754897c56da2dc98513b.png

1 час назад, vhk сказал:

Вопрос, какой уровень увеличения сигнала над шумами считать генерацией (началом генерации)?

Тоже вопрос очень интересный. Особенно если, (предположим) нет вообще фазовых шумов, как в спайс модели (скрин) и модель тупо линейная (линеаризованная в АС анализе). Ширина полосы, отмечу, существенно менее 1 Гц. Т.е, грубо говоря, из-за ГВЗ, не ранее чем через 10-50 секунд колебания в контуре дорастут до такой амплитуды, чтобы дальше не росли. А ранее этого времени очень вредно начинать снимать отсчеты - спектр будет шире чем на самом деле. Эти АЧХ шумы на выходе приведены в близкой к критической точке, где еще нету генерации . Просто линейное усиление шумов.

2021-04-25_15-01-04.thumb.png.5b8cc1fe426a21ba32bcfd6a44e2f0c8.png

Изменено пользователем тау

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...