[Waso 1]

Здравствуйте!

Имеется синтезатор частот, схема которого приведена на рисунке. Выходной диапазон частот 1-2 ГГц. ЧФД 10 МГц.

Проблема в том, что у некоторых экземпляров при низкой температуре (уже около 0 С) в диапазоне 1-1,1 ГГц в дробном режиме срывается захват частоты. Т.е. не просто LD пропадает, а вот вообще ФШ в небеса и палка начинает блуждать по спектру. При этом в целочисленном режиме всё хорошо и на более высоких частотах в дробном всё хорошо.

Подскажите, куда копать, пожалуйста.

[тау 23]

Добрый день. Вообще в октавном диапазоне меняется петлевое усиление и запас по фазе( если для перестройки изменять только значение делителя). С изменением температуры при недостаточном запасе по фазе может уйти в генерёж петли.  Для отсечения этого момента надо бы посмотреть - каковы шумы на полке ФШ и на краю полки  в дробном и в целочисленном.  В чем различие, как на 1 ГГц  так и на 2 ГГц. Может оказаться что достаточно будет только подправлять Icp с левого края диапазона.

 

Изменено 29 марта, 2023 пользователем тау

[Waso 1]

Спасибо. Похоже на то. Сниму характеристики и выложу.

А схемотехнически тогда можно решить проблему, повысив Phase Margin (это же он-же запас по фазе по нашему?) у фильтра?

Какую литературу посоветуете по расчету фильтров ФАПЧ?

[khach 33]

А какое напряжение на варикапах при той частоте где срывает захват? И какой запас по rail у операционника снизу? Питание то нижнее 0В А по даташиту Voltage output swing V- +0.2 при высокоомной нагрузке и V- +0.6 при низкоомной. Как учитывать это при варикапах- сам без понятия.

[тау 23]

19 часов назад, Waso сказал:

А схемотехнически тогда можно решить проблему, повысив Phase Margin (это же он-же запас по фазе по нашему?) у фильтра?

можно, но см ниже:

19 часов назад, Waso сказал:

Какую литературу посоветуете по расчету фильтров ФАПЧ?

по формулам замучаетесь рассчитывать, хотя это и возможно.  Литературу не посоветую, потому что именно подобного рода ФАПЧ с таким включением фильтра на ОУ  да еще и с такой HMC703 быстрее всего будет посчитать в AdiSImPPL  калькуляторе от AD.  Вероятно автор схемы этим калькулятором и пользовался, уж больно напоминает состав элементов петли (кстати, куда делся автор с его "авторским надзором?" ). Перед расчетом нужно снять вольт- частотную характеристику ГУНа и в виде таблицы вбить в свойства применяемого кастомного ГУна - это обязательно. Снимайте в диапазоне входных напряжений 0-20 вольт, т.е. столько, сколько может выдавать ОУ. Характеристику снимайте с того экземпляра, где наблюдался срыв фапча внизу диапазона.

С26 =27n   это нанофарады? по Гостам на схеме буковка п для пикофарад не ставится , как видите, это вводит в заблуждение и может возникнуть досадная путаница. Если уж хотите , то ставьте "pF" так понятнее. или строго как в госте, где нанофарад не бывает.

 

upd/// Если "по быстрому" попытаться увеличить Phase Margin , при наличии возможности регулировки Icp, то просто поварьируйте эту величину и посмотрите что происходит. Если проще что-то перепаивать и затем опять в морозильник, то R20 С23  уменьшайте постоянную времени раза в 1,5 , сдвигая полюс вправо.  А С20 R17 (нуль) увеличивайте постоянную времени ( сдвигая нуль передаточной функции фильтра " влево") тоже раза в 1,5. Однако это не фэншуйный путь, хотя быстрый результат может и даст. Шумы петли будут не оптимальными по сравнению с тем, что можно было бы получить полным пересчетом фильтра.

Изменено 30 марта, 2023 пользователем тау

[Waso 1]

Последнюю версию ADIsimPLL пока скачать не удалось (медленный VPN, закачка обрывается на пол-пути), а в той что есть у меня HMC703 отсутствует. Когда-то Hittite еще был сам по себе... Но это я еще найду как скачать.

По поводу пикофарадов - за путаницу извиняюсь, но это у нас так сделано для того, чтобы Альтиум мог собирать полное наименование компонента или описание к заказу по частям, простым сложением (конкатенацией) строк. В КД на схеме номиналы вообще не отображают.

Прикладываю картинки фазовых шумов.

Spoiler

Такой вот страшненький ФШ. Горб в районе 100кГц обусловлен шумом цифровой части изделия, от него точно можно избавиться, но это несколько геморно. А вот справа - горб петли. Последняя картинка - проблемная частота.  

 

Вольт-частотная характеристика ГУНа получилась следующая:

Видно, что в рабочем диапазоне до шин питания (рэйлов) далеко. Крутизна меняется почти в 3 раза.

Spoiler

Результат симуляции в ADIsimPLL. Я пробовал увеличить С20 для увеличения PhaseMargin. Показанные выше характеристики - с С20=1500пФ.

 

[AFK 0]

Похоже у вас фильтр неправильно посчитан - слишком широкая полоса. Попробуйте номиналы C19... C23 взять в 10 раз больше, а R15, R17, R20 - в 10 раз меньше, это так навскидку. Неплохо бы ещё привести шумы ГУН с разомкнутой петлёй в крайних точках диапазона и посередине.

[тау 23]

В 29.03.2023 в 09:52, Waso сказал:

ЧФД 10 МГц

У Вас частота сравнения слишком низка, чтобы использовать дробный режим ФД. Это и калькулятор показал и Ваши графики шумов.

Вам правда нужна такая "заданная" полоса петли в (348) 400-500 кГц ? Откуда такое значение, оно плохо вяжется с частотой ФД и наличием дробного режима. В консерватории надо что-то поправить, а не только стабильность петли обеспечить. (может можно всё таки поднять частоту ФД поближе к пределу по спецификации HMC703 ?)

Такой фазовый шум и образованный им  джиттер ну явно годится только для тактирования какой-нить логики, устойчивой к этому джиттеру. Ни в аналоговый гетеродин, ни для тактирования ЦАП- АЦП такой шум(джиттер) пускать нельзя (имхо , но "хозяин-барин").

 

У Вас "Tuning Law" двухточечный , из этого калькулятор подсчитывает усредненную крутизну VCO и получает значение , намного отличающееся от крутизны в начале характеристики (138 МГц/В в начале- по таблице) а калькулятор думает что у Вас ( (2000-1000)/(15.3-0,94))= 69,6 МГц/В во всем диапазоне и поэтому номиналы фильтра выдает оптимальные только для частоты где-то порядка в середине диапазона.

 

Поскольку у Вас крутизна VCO меняется в разы по диапазону, то и CP Current тоже необходимо менять в разы, но в обратно пропорциональной зависимости, т.к. в выражении петлевого коэффициента передачи они между собой перемножаются и тем самым можно "компенсировать" кривизну крутизны уменьшая ток CP Current на нижнем краю диапазона (чтобы использовать запаянные компоненты фильтра одни и те-же во всем диапазоне перестройки). Это должно Вам помочь получить/рассчитать устойчивую петлю во всем диапазоне. Творчески используйте калькулятор  от AD. В нем же можно настроить петлю и определить номиналы (запишите или скриншот) для верхней части диапазона VCO (например с максимальным током 2 мА), а затем, не меняя частоты настройки ширины фильтра , подобрать такой CP Current в разделе "CHIP"  чтобы все номиналы и полоса сохранились.  В нижней части диапазона CP Current  уменьшать придется раза в 3. Как в калькуляторе так и в реальных ваших синтезаторах по ходу перестройки частоты.

Надеяться на то, что удастся рассчитать петлю без необходимости подстройки CP Current для Вашего VCO по диапазону, можно конечно, но не нужно.

 

 

Изменено 30 марта, 2023 пользователем тау

[Waso 1]

Широкая полоса фильтра нужна для быстрой перестройки. Синтезатор с функцией ЛЧМ.

ЧФД 10МГц определяется опорной частотой - столько подает на вход заказчик.

Если удастся победить проблему, применив узкополосный (оптимальный) фильтр, то будем согласовывать корректировки.

Благодарю за советы! 👍

PS А литература бывает не с формулами, а с "советами бывалых синтезаторщиков" ? =). 

[тау 23]

5 часов назад, Waso сказал:

Широкая полоса фильтра нужна для быстрой перестройки. Синтезатор с функцией ЛЧМ.

А, ну тогда понятно. Где то нужно искать баланс/компромисс  между искажением отклика пилобразного сигнала ЛЧМ, из-за ограниченной полосы фильтра с его переходной характеристикой и профилем фазовых шумов с полученным фильтром. И то и это дают ошибки/искажения/шумы в сигнале ПЧ , если используется например как в дальномерах, высотомерах и с учетом сильный или слабый отраженный сигнал применяется/используется. То есть масса влияющих параметров при выборе этого самого компромисса. Трудно что-то советовать эффективное со стороны.

Для фэншуйности ( а нужна ли она, вопрос риторический) можно было бы 10 МГц заказчика перевести отдельной узкополосной ФАПЧ на основе VCXO  на опорную частоту  50-100 МГц и уже её задействовать в кач. опорной HMC703. Шумы от SDM можно было бы сделать существенно меньше.

Да , если не путаю, при непрерывной ЛЧМ на ходу перестраивать CP current не получится, поэтому кривость ВЧХ гуна  либо компенсировать обратной аналоговой нелинейностью в фильтре , либо расслабиться и поднимать запас по фазе петли, соглашаясь с неизбежным при этом ростом шумов.

5 часов назад, Waso сказал:

PS А литература бывает не с формулами, а с "советами бывалых синтезаторщиков" ? =). 

а вот тут гляньте

Изменено 31 марта, 2023 пользователем тау

[rloc 43]

1 час назад, тау сказал:

перевести отдельной узкополосной ФАПЧ на основе VCXO  на опорную частоту  50-100 МГц

Вангую за высокую частоту, должна быть первым пунктом в списке доработок, соотношение 1:5 не в пользу стабильности. По любому решать вопрос с ЭМС по опоре, а то там какие-то "чудеса" творятся.

 

21 час назад, Waso сказал:

Такой вот страшненький ФШ. Горб в районе 100кГц обусловлен шумом цифровой части изделия, от него точно можно избавиться, но это несколько геморно.

Распишите путь от 10МГц до PLL и питание, есть там промежуточные LDO?

[Waso 1]

тау, благодарю за ссылку на книгу! Она даже нашлась у коллеги в соседнем отделе. Будет интересное чтиво на выходных. 😃

rloc, у нас опорный сигнал проходит от вводного разъема до микросхемы по краю платы, в одном месте он проходит вблизи этого самого LDO, который скидывает с 5В до 3В. Никаких других криминальных мест не вижу. Питание всего синтезатора идет через отдельный линейный LDO c выходом 5В, и после него стоит еще один, снижающий до 3В. Горб на 100кГц можно убрать, если "выключить" цифровую часть изделия. Но в рабочем варианте так, конечно, не будет. Ну и ГУН питается от тех-же 5В, от которых питается CP. Там и там правда стоят LC фильтры, и на самом деле они помогают. Но есть куда развиваться и с фильтрацией по питанию - признаю.

[rloc 43]

35 минут назад, Waso сказал:

Горб на 100кГц

Этот горб должны LDO фильтровать, как и другой "мусор" ниже по частоте, а он есть. Вдруг нет запаса по падению на LDO, который 5В делает, или PSRR не достаточно.

Если 10МГц с внешнего источника, подскажите с какого?

 

40 минут назад, Waso сказал:

книгу! Она даже нашлась у коллеги в соседнем отделе

Знаете, какой любопытный момент подметил? У Вас в схеме использован свой ГУН, и навскидку он спроектирован грамотно, с подстройкой ОС для октавного генератора. А это как-то не стыкуется с "тяп-ляп" в остальной части ) Уж не потому, что коллеги из соседнего отдела начитанные?

[AFK 0]

Пара примеров для прикидки:

1) Частота сравнения 10МГц, полоса фильтра 30 кГц:

2) Частота сравнения 40МГц, полоса фильтра 90 кГц:

При более широких полосах вылазят горбом шумы дельта-сигма модулятора

hmc703_pfd40MHz.pll hmc703_pfd10MHz.pll

[APEHDATOP 0]

3 часа назад, AFK сказал:

При более широких полосах вылазят горбом шумы дельта-сигма модулятора

увеличиваем частоту сравнения и шумы ДСМ "залазят" обратно