Verständnis der PLL-Leistung: PFD-Ausgangsbandbreite

Für eine Anwendung muss ich ein Signal mit einer Bandbreite von 10 MHz FM modulieren. Aufgrund von Einschränkungen, über die ich keine Kontrolle habe, muss ich es analog tun (damit ich das Signal nicht einfach digitalisieren, IQ-modulieren usw. kann). Die Mittenfrequenz meines Modulators spielt keine allzu große Rolle, da ich sie sowieso mit zweiten Wandlerstufen auf das Zielband hochschieben muss.

Da anscheinend kein Hersteller (von dem ich leicht ICs in geringen Stückzahlen erwerben kann) FM-Modulatoren herstellt, die diese Bandbreite unterstützen, schaue ich mir an, meine eigenen zu bauen, basierend auf einer PLL.

Für den Modulator bedeutet dies, das zu modulierende Signal in die Fehlerschleife nach dem Tiefpassfilter des PFD einzuspeisen und somit den VCO zu modulieren. Für den Demodulator geben wir das empfangene Signal als Referenz ein, und angesichts der PLL-Schleife versucht der PFD, das gewünschte Signal als Fehler an den VCO auszugeben (aber das Filter verhindert, dass es den VCO erreicht).

Im Modulatorfall benötigen wir, dass die VCO-Steuerbandbreite hoch genug ist, um tatsächlich zu modulieren. Im Demodulator verlangen wir, dass der PFD eine ausreichende Ausgangsbandbreite hat, um mit dieser 10-MHz-Modulation Schritt zu halten. In Single-Chip-PLLs wird jedoch keiner dieser Parameter oft angegeben (und ich glaube nicht, dass sie für meine Anwendung genug Bandbreite haben, obwohl ich dies durch Messungen verifizieren muss).

Aus diesem Grund überlege ich jetzt auch, Standalone-Blöcke zu verwenden, um eine PLL zu bauen, die schnell genug ist. Minischaltkreise haben verschiedene Oszillatoren mit hoher Steuerspannungsbandbreite, sodass mir nur noch das PFD bleibt. Es gibt ein paar sehr schnelle auf dem Markt, aber keiner von ihnen gibt eine Bandbreite an, da sie digitaler arbeiten (pulsierende Ströme, um die Frequenz zu erhöhen oder zu verringern) und Anstiegs- und Abfallzeiten auflisten. Beispielsweise listet das Datenblatt des ON Semi MCH12140 eine Worst-Case-Anstiegs-/Abfallzeit von 20–80 % von 350 ps auf. Wie beziehe ich dies auf die Bandbreite der FM-Demodulation, die ich mit diesem Gerät durchführen kann?

Ich habe für einen Träger von 400 MHz mit direkter FM in einem Colpitts-Oszillator das gemacht, was sich so anhört (15 Mbit / s), und es hat sehr gut funktioniert, also verkomplizieren Sie die Dinge vielleicht zu sehr. Was ist Ihre Trägerfrequenz?
Ziel ist es, im 5,8-GHz-ISM-Band zu arbeiten. Worüber ich mir bei einem freilaufenden VCO Sorgen mache, ist die Frequenzstabilität und Präzision - meine Überlegung war, dass ich mit einer PLL die Stabilität und Präzision eines festen Quarzoszillators erreichen kann.
Wenn Ihr Signal BW DC bis 10 MHz und die Kanal-BW ​​20 MHz beträgt, sollten Sie nicht die Mehrphasen-Amplitudenmodulation mit Symbolkomprimierung, Fehlerkorrektur usw. verwenden, nicht FM. oder eine der häufigeren . Mit diesem niedrigen Abweichungsverhältnis ist Ihre CNR-zu-SNR-Verstärkung gering und die Empfindlichkeit gegenüber Gruppenverzögerungsverzerrungen im Durchlassbereich ist viel größer.
@TonyEErocketscientist, ich sollte, aber ich kann nicht. Ich muss ein System bauen, das abwärtskompatibel mit Single-Chip-TX/RX-Lösungen ist, die FM-Modulation verwenden. Obwohl ich es vielleicht möchte, kann ich keine modernere und wohl bessere Lösung für dieses Problem wählen.
Wie wäre es mit RLL BW-Komprimierung, was sind Ihre Spezifikationen in MHz / V und Linearität, Stabilität usw
@TonyEErocketscientist Wir sind noch dabei, die bestehende Lösung zu charakterisieren. Ich habe erst vor kurzem damit begonnen und nach möglichen Lösungen gesucht, über die ich nachdenken könnte, während wir an der Charakterisierung des vorhandenen Geräts arbeiten.
Sie möchten zusätzlich zum Frequenzfehler auch ein Phasenjitter-Grenzbudget für ein definiertes SNR und eine akzeptable BER haben. Phase/Freq-Mixer sind einfach zu sperren, haben aber mehr Phasenrauschen.
Wie entfernen Sie den DC-Inhalt Ihres Modulationssignals?

Antworten (2)

Benötigen Sie eine PLL? Was sind Ihre Verzerrungsanforderungen, Linearität der FM-Abweichung gegenüber der Eingangsspannung? Gehen Sie nicht auf die PLL-Route, ohne sich vorher mit der direkten Modulation befasst zu haben.

Beginnen Sie mit den Spezifikationen, die Sie für das FM-Signal benötigen. Linearität und Rauschen sowie Modulationsbandbreite und Hub.

Es ist viel einfacher, einen VCO direkt mit geringerer Leistung zu modulieren, wenn Sie eine Nichtlinearität des Stimmgesetzes tolerieren können. Unterschiedliche VCOs haben unterschiedliche Linearität. Ein VCO mit großer Abweichung kann in einem kleinen, nahezu linearen Teil seiner Abstimmkurve verwendet werden.

Selbst wenn Sie die Direktmodulation ausprobiert haben und sie für mangelhaft befunden haben, geben Sie sie nicht auf, ohne ein wenig Nachforschungen anzustellen. Ich persönlich habe einen VCO verwendet, der bei etwa 500 kHz einen Knick in seiner Abstimmbandbreitenkurve hatte. Die Hauptabstimmung des LC-Tanks erfolgte über Induktoren, aber die Verstärkungs-/Sustaining-Abstimmung erfolgte über einen RC. Der Hersteller wurde überredet, es zu modifizieren, um Induktoren an beiden Abstimmpunkten zu verwenden, was die flache Bandbreite auf mehr als 10 MHz erhöhte.

Ein Kollege von mir baute einen TV-Sender-Exciter, der mit zwei VCOs begann, die differentiell moduliert und gemischt wurden, um ein FM-Signal mit niedriger Frequenz, großer Abweichung, hoher Linearität, geringem Rauschen und breiter Bandbreite zu erhalten.

Wenn Sie am Ende eine PLL verwenden, ist die Bandbreite von 10 MHz ziemlich einfach. Sie könnten einen digitalen Phasendetektor verwenden. Sie geben keine Bandbreite an, da sie so breit ist, wie es die Eingangsraten zulassen, und durch das, was Sie danach damit machen, begrenzt ist. Für große Bandbreiten wie 10 MHz würde ich jedoch eher einen analogen Phasendetektor verwenden, einen HF-Mischer mit einer DC-gekoppelten ZF. Es ist nicht schneller, aber leiser und besser erzogen.

Danke, du hast mir einige Denkanstöße gegeben. Meine Argumentation hinter der PLL ist, dass dies mir die Stabilität und Präzision eines Kristalloszillators gibt, da ich möchte, dass mein Design keine Abstimmung oder Kalibrierung erfordert (ich hätte dies in der ursprünglichen Frage erwähnen sollen, mein Fehler).
Einspeisen des zu modulierenden Signals in die Fehlerschleife nach dem Tiefpassfilter des PFD und damit Modulieren des VCO Sie werden immer noch analogen Fehlern ausgesetzt sein, ein solcher PLL-Lauf ist kein Synthesizer. Sie können einen Synthesizer-stabilisierten Modulator bauen, Sie können einen Synthesizer modulieren. Es hängt von der Bandbreite des Signals ab, das Sie modulieren. Ich habe eine Methode zum Betreiben eines Synthesizers mit DC-gekoppelter FM-Modulation patentiert, falls Sie interessiert sind.
@Niel_UK, aber mit einer PLL können Sie eine langsame Schleife verwenden, um Ihre Mittenfrequenz mit einer hochwertigen Referenz (z. B. xtal) festzulegen, und müssen sich daher nicht mit der Abstimmung oder Kalibrierung der Mittenfrequenz Ihres Oszillators befassen. Ich verstehe nicht ganz, was Sie sonst mit "analogen Fehlern vorbehalten" meinen würden, es sei denn, ich verstehe die Theorie der PLLs falsch (was durchaus möglich ist, da ich neu in der Entwicklung bin).
Wenn Sie tatsächlich die Mittenfrequenz synthetisieren und dann außerhalb der Schleife modulieren, bedeutet dies, dass die Modulation ein Hochpass ist, kein Niederfrequenz- oder DC-Inhalt. Ist das für Ihr System zulässig? Die Mittenfrequenz wird genau sein. Was ist wie immer die Spezifikation Ihres Systems? Was sind die oberen und unteren Grenzen der Modulation, was ist die erforderliche Linearität, was ist das erforderliche SNR?
@Niel_UK, ja, das ist es. Meine Schuld, dass ich das nicht deutlicher gemacht habe.
Wenn Sie die Mittenfrequenz synthetisieren und außerhalb der Schleife modulieren, ist die PLL-Bandbreite sehr klein. Tatsächlich muss die Bandbreite klein sein oder sie wird die niedrigsten Modulationsfrequenzen abstreifen. Daher ist die Suche nach breitbandigen PLL-Komponenten nicht erforderlich. Sie könnten eine Schleife mit großer Bandbreite verwenden, wenn Sie eine Zweipunktmodulation verwenden, was schwierig ist und das Thema meines Patents, das jetzt abgelaufen ist, also für jedermann kostenlos zu verwenden ist.
Ich denke, es war der dritte Satz Ihres OP. Die Mittenfrequenz meines Modulators ist nicht von allzu großer Bedeutung, da ich sowieso zweite Wandlerstufen verwenden muss, um sie auf das Zielband hochzuschieben. das hat mich verwirrt.
@Niel_UK, danke für den Beitrag. Ich bin mir bezüglich der spezifischen Spezifikationen noch nicht sicher, da das Ziel hier darin besteht, ein System zu erstellen, das abwärtskompatibel mit einer bestehenden Lösung ist, die analoge FM-Modulation verwendet, und wir noch dabei sind, festzustellen, was genau benötigt wird. nehmen kann. Das ist auch der Grund, warum ich an analoges FM gebunden bin, anstatt an eine wohl bessere und einfachere digitale Modulation.
Wenn 10~90%=0.35/f dann 20~80%=?4/3*0.35/f. Der beste Fall ist die Verwendung von Raised Cosine-Filtern in Tx, Rx für niedrige ISI, also 350 ps = 1,3 GHz
Was wird durch die Modulation getragen? Was ist die Mindestfrequenz für die AC-Kopplung?
Ein Grund, warum die LF-Modulationsanforderung wichtig ist, besteht darin, dass die Phasenmodulation bei Ihrer PSD vorhanden sein wird, wenn Sie nur die Mittenfrequenz synthetisieren und eine Einzelpunktmodulation verwenden. Normalerweise würden wir einen großen Vorteiler verwenden, um die Frequenz und damit auch die LF-Phasenmodulation zu senken, sodass sie weniger als eine halbe Periode beträgt. Je niedriger die abzusenkende Modulationsfrequenz ist, desto größer ist die Phasenmodulation. Sie müssen die Modulation vollständig spezifiziert haben, bevor Sie Ihren Synthesizer entwerfen können.

Abhängig davon, welches Datenauge Ihre vorhandenen Empfänger benötigen, und das Signal-Rausch-Verhältnis und die Lokaloszillator-Phasenrauschen (trägt zum SNR in IF und in Demod bei), können Sie möglicherweise einfach einen Rechteckwellenantrieb in einen Varaktor-abgestimmten Oszillator verwenden. Wenn Modulation immer vorhanden ist, stellt sich die Frage, wie man die Mittenfrequenz einstellt.

An diesem Punkt Ihrer Überlegungen können Topologien nicht eindeutig ausgewählt werden, da die vorhandene Systemleistung noch nicht charakterisiert ist.

In Bezug auf die Bandbreite von PFD hat dieser ONNN Semi FF 350 pS Tpd

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NB4L52-D.PDF

und ich würde gerne 2 davon im klassischen PFD-Ansatz verwenden, mit einem Gate mit 2 Eingängen, um festzustellen, wann sowohl die Up- als auch die Down-Ausgänge aktiv geworden sind. Dieser Gate-Ausgang treibt eine kleine Verzögerung an, um einen vollen Ausgangshub der Up- und Down-Impulse sicherzustellen; das verzögerte Signal setzt beide FFs zurück.

Unter der Annahme einer FF-Verzögerung von 350 pS, einer Gate-Verzögerung von 200 pS, einer Verzögerung von 200 pS, um den vollen Ausschlag zu ermöglichen, und einer Zeit von 200 pS, um die FFs zurückzusetzen, und 100 pS, um sich von der Zurücksetzung zu erholen, beträgt die Gesamtzykluszeit 350 + 200 + 200 + 200 + 100 = 1.050 pS oder 950 MHz.

Verständnis der PLL-Leistung: PFD-Ausgangsbandbreite
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