[MegaElektronik 0]

Предлагаю обсудить: возможные варианты построения схем синтеза, методы синтеза используемые в топовых генераторах, предложения по улучшению схем и другие вопросы околосинтезной темы.

Хотелось бы ограничиться рассмотрением широкополосных синтезаторов (минимум октава). На сколько я знаю наилучшей схемой синтеза с малыми ФШ - это offset схема. Думаю ей можно и ограничится (если это не так – то и любые другие схемы).

 

 

Пожалуй начну.

Первая схема

Отыскал на сайте Agilent Service Guide (ТЫНЦ) на генератор E8257D/67D серии PSG.

 

Нашел там структурные схемы – что меня очень порадовало.

страницы 103, 109, 118 – 121 (номер но Reader-у). Самый большой интерес представляют 109 и 121 страницы.

Я перерисовал, как мне кажется, стало наглядней.

 

 

Изучил схему опции для улучшения фазового шума(нижняя на картинке). Анализ в документе E8257D_UNYopt.rar Из которого следует что смесители в схеме генерации грубой сетки частот работают как вверх, так и вниз.

 

 

Вторая схема

Читал статьи Сергея Бельчикова про СК4- БЕЛАН.

С фазовыми шумами вроде все понятно, но со спурами были вопросы. Во второй части статьи, та что в 6 номере 2009 года в ж. Компоненты и технологии, очень вскользь раскрыта суть проблемы. Я этот вопрос решил изучит. И вот в книге Манасевича на стр. 48 нашел оч. интересную диаграмму. После подробного изучения вычислил оптимум. Частоты должны быть выбраны так, чтобы попадали в диапазон от 0,8 до 0,95 F1/F2 и от 0,05 до 0,2 Fo/F2. Но вскоре понял что этого недостаточно. В результате создал табличкуCK4______240.rar в Экселе (лист.2) и построил графики, на которых все очень отчетливо видно. На графике нужно найти линию основной гармоники, далее подбираем частоту таким образом, чтобы с ней небыло пересечений других графиков. Стоит отметить, что расчет сделан для первых 5 гармоник и режим преобразования вниз, но расширить количество гармоник особой проблемы не вызывает. Хотя этого вроде и не требуется (смесители оч. хорошо давят гармоники выше 5-ой).

На первом листе xls документа можно наблюдать диапазон перекрытия частоты умноженного ГУН-а, как это сделано в СК4- БЕЛАН.

 

 

Третья схема

Генератор R&S SMR40

Распологаю версией от 1 до 40 ГГц.

Вобщем не сильно интересно, но всеже.

Схему ФАПЧ так разгадать и не смог.... Микросхема заказная. На входе схемы стоит ECL логика. ГУН-ов вроде нет. В одном месте стоит смиеситель SRA-1, но он около схемы АРУ. Если что есть фото внутренностей.

 

 

Расчет вклада ФШ умножителей, смесителя и влияние корелляции. ТЫНЦ

 

 

По мере обсуждения - планирую дополнять.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем MegaElektronik

[VCO 0]

Хотелось бы ограничиться рассмотрением широкополосных синтезаторов (минимум октава). На сколько я знаю наилучшей схемой синтеза с малыми ФШ - это offset схема. Думаю ей можно и ограничится (если это не так – то и любые другие схемы).

Спасибо за создание темы, я вижу, что у Вас довольно высокий уровень требований к чистоте спектра.

А схемы синтезаторов с переносом частоты вниз делением Вам случаем не попадались? Или комбинированные?

Интересуют схемы с высочайшей скоростью переключения (менее 1 мкс), альтернативные прямому синтезу и генератору гармоник. Шаг - пока 250 МГц.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем VCO

[Dr.Drew 4]

Ну а что надо-то? Можно было и в теме про книгу Ченакина начать обсуждение. Я так скажу, Agilent не выжал всё из своей схемы опции UNY. Можно ещё дожать, фильтранув 1 ГГц генератором на ПАВ с аналоговой ФАПЧ. Шумы выше 10 кГц стали бы ниже. Опора у них, видимо, не самая малошумящая или они её не очень малошумно умножили. Можно от 2-3 кГц 6-8 дБ ещё отыграть.

Ну да, первая схема меньше шумит, чем вторая. И палочки там ниже должны быть из-за отсутствия умножений в петле. Но и первая схема не есть истина в последней инстанции. Можно и альтернативу придумать.

[MegaElektronik 0]

Спасибо за создание темы, я вижу, что у Вас довольно высокий уровень требований к чистоте спектра.

А схемы синтезаторов с переносом частоты вниз Вам случаем не попадались? Или комбинированные?

 

Другие схемы пока не попадались, я вообще новичек в этом, но хочу познать таинства сей науки и смастерить генератор. Пока определяюсь с топологией, пытаюсь просчитать, выбрать элементную базу и т.д.

 

Ну а что надо-то? Можно было и в теме про книгу Ченакина начать обсуждение. Я так скажу, Agilent не выжал всё из своей схемы опции UNY. Можно ещё дожать, фильтранув 1 ГГц генератором на ПАВ с аналоговой ФАПЧ. Шумы выше 10 кГц стали бы ниже. Опора у них, видимо, не самая малошумящая или они её не очень малошумно умножили. Можно от 2-3 кГц 6-8 дБ ещё отыграть.

Ну да, первая схема меньше шумит, чем вторая. И палочки там ниже должны быть из-за отсутствия умножений в петле. Но и первая схема не есть истина в последней инстанции. Можно и альтернативу придумать.

 

Аналоговая ФАПЧ я так понимаю это перемножитель? Хотя для меня это пока не важно.

А почему по вашему первая схема меньше шумит? Мое предположение - из-за узкополосного ГУНа.

 

 

Кстати предлагаю делиться всякими application note-ами в которых понятным языком (хоть и английским) описываются расчеты. Ну например как я привел в первом сообщении.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем MegaElektronik

[Dr.Drew 4]

В первой схеме КГ умножается фактически напрямую в диапазон ЖИГ. Есть там ФАПЧ 2,5-5 ГГц, но на шумы это уже не влияет. Вот и получается, что, имея КГ 100 МГц с шумами на 10 кГц под минус 170 дБн/Гц, можно получить на 10 ГГц под минус 130 дБн/Гц.

Вторая схема вроде как тоже множит КГ, но в два захода через промежуточную низкочастотную ФАПЧ. На выходных частотах делителя практически сложно получить ФШ под минус 158 дБн/Гц на 10 кГц. Реальная цифра - минус 150. После умножения на ДНЗ и преобразования система будет иметь шумы около минус 122 дБн/Гц на 10 ГГц.

По-моему, я правильно имею ввиду статью Бельчикова с описанием первого гетердина СК4-Белан. Там на ДНЗ приходит 400-440 МГц.

Про какой узкополосный ГУН может идти речь, если вопрос о постоении малошумящего октавного СЧ сводится к получению минимальных внутрипетлевых шумов=малошумящего умножения частоты опорного КГ? Управляемый генератор выгоднее брать октавный, а здесь выбо не велик: либо плохонький, но дешёвый и шустрый ГУН на колебательном контуре, либо медленный, дорогой, но малошумящий ЖИГ-генератор.

[MegaElektronik 0]

В первой схеме КГ умножается фактически напрямую в диапазон ЖИГ. Есть там ФАПЧ 2,5-5 ГГц, но на шумы это уже не влияет. Вот и получается, что, имея КГ 100 МГц с шумами на 10 кГц под минус 170 дБн/Гц, можно получить на 10 ГГц под минус 130 дБн/Гц.

Вторая схема вроде как тоже множит КГ, но в два захода через промежуточную низкочастотную ФАПЧ. На выходных частотах делителя практически сложно получить ФШ под минус 158 дБн/Гц на 10 кГц. Реальная цифра - минус 150. После умножения на ДНЗ и преобразования система будет иметь шумы около минус 122 дБн/Гц на 10 ГГц.

По-моему, я правильно имею ввиду статью Бельчикова с описанием первого гетердина СК4-Белан. Там на ДНЗ приходит 400-440 МГц.

Про какой узкополосный ГУН может идти речь, если вопрос о постоении малошумящего октавного СЧ сводится к получению минимальных внутрипетлевых шумов=малошумящего умножения частоты опорного КГ? Управляемый генератор выгоднее брать октавный, а здесь выбо не велик: либо плохонький, но дешёвый и шустрый ГУН на колебательном контуре, либо медленный, дорогой, но малошумящий ЖИГ-генератор.

 

Хотель подметить что в первой схеме 2 подсхемы.

Отсюда и путаница.

Схема 1.1 хуже схемы 1.2. Схема 2 хуже схемы 1.2?

У меня в голове не совсем укладываются шумы ГУН (ЖИГ) free running и зафапированного. Кольцо ФАПЧ улючшает шумы. Чем шире кольцо, тем меньше шумы. Так какие тогда критерии выбора ГУН по ФШ. Как оценить результирующие шумы? ADIsimPLL?

Вот например VCO793-1500TY. Что можно от него получить с опорой ну пусть 100МГц и ФШ -170дБн/Гц на 10кГц. (-140???)

 

Кстати добавил еще третью схему(генератор).

Изменено 22 августа, 2012 пользователем MegaElektronik

[VCO 0]

У меня в голове не совсем укладываются шумы ГУН (ЖИГ) free running и зафапированного. Кольцо ФАПЧ улючшает шумы. Чем шире кольцо, тем меньше шумы. Так какие тогда критерии выбора ГУН по ФШ. Как оценить результирующие шумы? ADIsimPLL?

Вот например VCO793-1500TY. Что можно от него получить с опорой ну пусть 100МГц и ФШ -170дБн/Гц на 10кГц. (-140???)

Но ведь всё это уже давно разложено по полочкам в книге и статьях Александра Ченакина, и в этой теме тоже: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=84312 Вы их не читали? Там есть классические выкладки под названием: VCO or YIG?

Возможности "выжимания" минимальных шумов из ГУНа в классической ФАПЧ пока ограничены возможностями PFD, прежде всего шумом и максимальной рабочей частотой, которая в свою очередь ограничивает полосу петли ФАПЧ. Ну и низкочастотная опора тоже в конце концов всё ограничивает. Поэтому классический подход в построении генератора начал потихоньку изживать себя в HiEnd приложениях. Короче, всё в теме...

[Dr.Drew 4]

Так какие тогда критерии выбора ГУН по ФШ. Как оценить результирующие шумы? ADIsimPLL?

А что надо-то? Если нужны шумы для связи, то на шумы ГУН можно вообще забить. Связные требования укладываются часто в отстройки 10-100 кГц, где ГУНа нет, грубо говоря. Тогда надо брать наидешёвейший генератор на нужный диапазон. Дело в том, что все возможные приложения перекрыть одним решением не удастся - его нет. Тут бывает так, что вытягиваем шумы - теряем в скорости и/или цене, габаритах, потреблении, вытягиваем скорость - теряем в шумах, но попутно выигрываем в цене и потреблении. Истина где-то между. Всё зависит от того, куда пойдёт Ваш синтезатор. Исследуйте сначала вопрос применения, выдвиньте требования, а потом уже обсуждайте схемы, чтобы получить эффективное решение. Не надо делать наоборот, так как можно сделать решение, которое нужно было вчера или вообще никому не нужное, так как не удовлетворяет ни тех ни других. Я кстати, в своей работе один раз прокололся: можно было сделать проще и дешевле, хоть и не так малошумно, система такого тихого источника не оценила. А дело было в том, что главным конструктором не были грамотно поставлены требования исходя из применения. Пришлось самому допирать.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем Dr.Drew

[Master_MW 0]

Но ведь всё это уже давно разложено по полочкам в книге и статьях Александра Ченакина, и в этой теме тоже: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=84312 Вы их не читали? Там есть классические выкладки под названием: VCO or YIG?

Возможности "выжимания" минимальных шумов из ГУНа в классической ФАПЧ пока ограничены возможностями PFD, прежде всего шумом и максимальной рабочей частотой, которая в свою очередь ограничивает полосу петли ФАПЧ. Ну и низкочастотная опора тоже в конце концов всё ограничивает. Поэтому классический подход в построении генератора начал потихоньку изживать себя в HiEnd приложениях. Короче, всё в теме...

 

 

Самый хорший ЧФД, с которым приходилось иметь дело - это HMC439QS16G, когда-то строил на ней умножитель на 80 - при использовании опры ГК87 получалось примерно -110 фазового шума в петле. хотя, по идее, пол лежит при выходной 8 ГГц на -115. Большего выжать от 439-го (несмотря на все ухищрения - вылизывание питания по рекомендациям с Адватекса, перебор резисторов, от которых судя по описанию зависит собственный ФШ сего детектора) не удалось.

 

Не так давно промерял опытный образец диодного умножителя на 10 до 1 ГГц (сперва умножение на 5, потом - на 2, собран полностью на комплектации Mini circuits сами сделали только микрополосковый фильтр на 1 ГГц - большой получился, сволочь, сменим на ПАВ плюс ФНЧ) - и уперся в чуствительность PXA N9030.

 

Отдельные узлы , от которых требовался низний уровень спуров тоже промакетированы - гененератор на 100...200 МГц с высоким разрешением по частоте со спурами меньше минус 100 дБ удалось сделать на HMC832 c переменной опорой 98...100 МГц с шагом 0,25 МГц.

 

Это я к тому - что сейчас есть материальная возможность и желание руководства построить генератор 5....10 ГГц, и в полосе ФАПЧ хотелось быть иметь на расстройке от несущей 10 кГц ФШ не хуже -120 дБ/Гц на несущй 10ГГц.

Осталось дело за "малым" - как прошагать 5...10 ГГц с шагом хотя бы 500 МГц выжав минимальный ФШ? Несильно хочется ставить SRD плюс ЖИГ-фильтр.... Печка будет знатная.

[MegaElektronik 0]

Первопричина - это создание гетеродина в диапазоне от 10МГц до 18 ГГц (с возможностью расширения до 40ГГц - это вроде не проблема), с хорошими ФШ на отстройке 6.5 МГц. Но в процессе хочется сотворить генератор со 100 кГц до 18 (40) ГГц. И он может быть применен не только в этой теме. Вот и изучаю что можно сделать и какими силами.

 

 

И книгу и тему про книгу прочитал полностью. Тему 2 раза.

 

Тогда вопрос: Зачем ГУНы с хорошими ФШ. Ответ: чтобы при дальних отстройках (100кГц-неск. МГц) получить хорошые ФШ? Т.к. для их получения требуется широкая петля, которая в свою очередь ограничена около 10% от частоты PFD? Ход мыслей правильный?

 

 

Кстати все восприняли тему как решение моего вопроса.

Может кто что скажет по поводу xls файликов. Их украшательством не занимался, только суть.

С построением графиков на 2 листе файла про БЕЛАН есть нюанс: сначало нужно выделить диапазон данных основной гармоники (n=m=1) --> счелкнуть вставить график --> график --> с маркерами --> далее и в диапазоне указать все данные.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем MegaElektronik

[Dr.Drew 4]

Это я к тому - что сейчас есть материальная возможность и желание руководства построить генератор 5....10 ГГц, и в полосе ФАПЧ хотелось быть иметь на расстройке от несущей 10 кГц ФШ не хуже -120 дБ/Гц на несущй 10ГГц.

Осталось дело за "малым" - как прошагать 5...10 ГГц с шагом хотя бы 500 МГц выжав минимальный ФШ? Несильно хочется ставить SRD плюс ЖИГ-фильтр.... Печка будет знатная.

В том и вся соль малошумящих широкополосных синтезаторов - сделать этот несчастный крупношагающий синтезатор-подставку. Тут уж каждый, как может, изгаляется: и простым умножением 100 МГц на ДНЗ и подачей импульсного сигнала на смеситель, и умножением синтезированного относительно низкочастотного сигнала тем же ДНЗ, и прямым синтезом (преобразование и умножение) и даже делением СВЧ опоры. С ДНЗ самый распространённый вариант, так как он сразу даёт нужную кучку гармоник остаётся только фильтрануть нужную, да и работа почти везде на низких частотах ведётся.

 

Первопричина - это создание гетеродина в диапазоне от 10МГц до 18 ГГц (с возможностью расширения до 40ГГц - это вроде не проблема), с хорошими ФШ на отстройке 6.5 МГц.

Тогда вопрос: Зачем ГУНы с хорошими ФШ. Ответ: чтобы при дальних отстройках (100кГц-неск. МГц) получить хорошые ФШ? Т.к. для их получения требуется широкая петля, которая в свою очередь ограничена около 10% от частоты PFD? Ход мыслей правильный?

С такими требованиями можно взять ГУН 10-20 ГГц от Хиттайт и зацепить его одной петлёй за дешёвую 100 МГц опору, а до 10 МГц тянуться делением и преобразованием.

Ход мыслей почти правильный. Есть некоторый оптимум (минимум) ФШ при данном наборе компонентов. Этот минимум достигается, когда полоса пропускания петли ФАПЧ равна отстройке, где пересекаются характеристики ФШ внутрипетлевых и внешнепетлевых источников. В простой однопетлевой ФАПЧ это точка равенства ФШ ГУН шумам ЧФД при замкнутой петле. Если расширить петлю, то полка шумов от ЧФД просто станет шире. ФШ ГУН, конечно, подавятся, но сверху навалится гораздо более сильный шум ЧФД. Если заменить ГУН на менее шумящий, то наибольший эффект от этого получится, если петлю сузить до оптимальной полосы.

Изменено 22 августа, 2012 пользователем Dr.Drew

[VCO 0]

Это я к тому - что сейчас есть материальная возможность и желание руководства построить генератор 5....10 ГГц, и в полосе ФАПЧ хотелось быть иметь на расстройке от несущей 10 кГц ФШ не хуже -120 дБ/Гц на несущй 10ГГц.

Осталось дело за "малым" - как прошагать 5...10 ГГц с шагом хотя бы 500 МГц выжав минимальный ФШ? Несильно хочется ставить SRD плюс ЖИГ-фильтр.... Печка будет знатная.

После Dr.Drew вроде бы и добавить нечего, но рискну подкинуть ещё одну мысль:

1. Есть такая очень хорошая альтернатива SRD как NLTL: http://www.picosecond.com/product/category.asp?pd_id=22, которая даёт выигрыш по ФШ до 20 дБ и нелинейности до 40 дБ. Они как раз заструганы как генераторы гармоник с крупным шагом, таким как 500 МГц.

2. Замена ЖИГ-фильтру давно уже придумана - это набор(банк) фильтров, причём в вашем случае их будет всего 10 или 11. Коммутация фильтров скорее всего не должна вызвать проблем, но выбор решения тут сильно зависит от скорости перестройки.

Тогда вопрос: Зачем ГУНы с хорошими ФШ. Ответ: чтобы при дальних отстройках (100кГц-неск. МГц) получить хорошые ФШ? Т.к. для их получения требуется широкая петля, которая в свою очередь ограничена около 10% от частоты PFD? Ход мыслей правильный?

Тоже кое-что добавлю после Dr.Drew:

1. Низкие фазовые шумы ГУНа в режиме "свободного полёта" очень сильно критичны для узкополосных ФАПЧ, которые используют для построения СВЧ-опор или узкополосных синтезаторов. При этом нужно сильно поколдовать с питанием ГУНа и ФАПЧ, иначе всё пойдёт на смарку!

2. В Вашем случае выгоднее использовать 2/3 октавный ГУН или два ГУНа на октаву, чем октавный. В этом случае выиграете по шумам до 15-20 дБ. Полосу ФАПЧ шире 10 МГц создать невероятно трудно, но даже если получится (на рассыпухе, конечно же), то горб как раз туда, на Ваши отстройки и попадёт, поэтому лучше ограничиться полосой в 1 МГц. В случае решения задачи на ЖИГе проблем нет, но скорость перестройки упадёт на порядок.

[iv82an 0]

И вот в книге Манасевича на стр. 48 нашел оч. интересную диаграмму.

 

Написал программку.

Сноска 2 стр.55 не совсем понял выбор пределов F0. Выбрал 19 и 16 МГц

Фактически пределы получились еще шире, как следствие лишние комбинации.

Spur_finder.rar

[VCO 0]

Это я к тому - что сейчас есть материальная возможность и желание руководства построить генератор 5....10 ГГц, и в полосе ФАПЧ хотелось быть иметь на расстройке от несущей 10 кГц ФШ не хуже -120 дБ/Гц на несущй 10ГГц.

Осталось дело за "малым" - как прошагать 5...10 ГГц с шагом хотя бы 500 МГц выжав минимальный ФШ? Несильно хочется ставить SRD плюс ЖИГ-фильтр.... Печка будет знатная.

Ещё один вариант (проба пера, прошу сильно не пинать :twak: ):

1. Цепляем за КГ(OCXO)=100 МГц ПАВ(SAW)=1ГГц и ДР(DRO)илиКР(CRO)=10ГГц.

2. Умножаем ПАВ на 2 до 2 ГГц, а ДР делим на 2 до 5 ГГц и на 4 до 2.5 ГГц. Фильтруем.

3. Основную и двойную частоты ПАВа подмешиваем снизу до 6 и 7 ГГц и сверху до 9 и 8 ГГц соответственно. Фильтруем.

4. 5 ГГц смешиваем с 2,5 ГГц, и отфильтровываем 7,5 ГГц.

5. На балансном смесителе подмешиваем основную и двойную частоты ПАВа и получаем 5.5 ГГц, 6.5 ГГц, 8.5 ГГц, 9.5 ГГц. Выфильтровываем.

Пока структура, никакой конкретики, на это едва время выкроил...

Изменено 24 августа, 2012 пользователем VCO

[MegaElektronik 0]

Написал программку.

Сноска 2 стр.55 не совсем понял выбор пределов F0. Выбрал 19 и 16 МГц

Фактически пределы получились еще шире, как следствие лишние комбинации.

Spur_finder.rar

 

Я вот сначала мечтал о ней, но потом понял что она не оптимальна, как и диаграмма.

Она показывает спуры, которые при перестройки попадают во весь диапазон пч (вроде так).

Она НЕ учитывает что при перестройке спуры гуляют и могу убежать от пч.

А плохи только те спуры, которые пападут в полосу ФАПЧ, которая меньше полосы перестройки ПЧ. Т.е. после сравнения опоры и сигнала со смесителя на PFD, спур перенесется за полосу пропускания ФНЧ петли.