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[参考译文] 源振荡器频率乘以12000

Guru**** 2480565 points


请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/rf-microwave-group/rf-microwave/f/rf-microwave-forum/1060021/source-oscillator-frequency-multiplier-by-12000

我有一个免费的软件和硬件项目 (RAM 拼盘混合)、它需要一个低频 源振荡器将其频率乘以12000 次。  这可能是 DDS 或 VCO+PLL 的良好应用。

 源振荡器的范围介于0Hz 和5kHz 之间。  源振荡器(f0)最常见的速率为1kHz。

12000倍频器的含义是目标输出信号频率为0Hz 至60MHz。 不需要精确的0Hz 输出、但可以实现。 非常需要接近0Hz、但1Hz 或10Hz 是可以的。

由于拼盘是由人类连接的、因此源音在其改变能力方面受到极大的限制。 因此、源振荡器的变化率很慢。 例如、 正常的变化率受人员手移动速度的限制、该速度可能为每秒1或2 kHz。

 当源振荡器处于闲置状态时、无需进行极端抖动控制、因为拼盘是一个重飞轮(转盘盘)、这应该能够减少源振荡器信号中的特定抖动量。 但是、如果可以减少抖动、这将是一个优势。  

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    HI flatmax、

    PLL 只有在为它们提供足够的参考周期以便进行适当比较时才起作用。 虽然数字 PLL 需要做一些工作来最大限度地缩短锁定低频信号的时间、但我们无法为您提供的任何 DPLL 都是此类宽基准应用的理想选择。 您可以在 FPGA 中构建自己的器件、但有人告诉我、这超出了您想要执行的操作范围。

    从 PLL 的角度来看、如果您可以建立更高的固定频率并混合0-5kHz 信号、以便 PLL 的环路带宽可以支持所需的变化率、那么您会更好。 例如:如果您可以将0-5kHz 信号混合到固定的100kHz 振荡器上、然后将该信号乘以因数12k、则输出将是1.2GHz 信号、误差高达60MHz。 您可以在相同的100kHz 振荡器上运行具有12k 倍乘因子的并行 PLL、但不使用混频0-5kHz 信号、结果将是固定的1.2GHz 信号、没有错误。 然后、您可以将1.2GHz +误差与1.2GHz 固定值混合、并提取0-60MHz 时钟、该时钟将持续以与0-5kHz 基准成正比的频率变化。

    您还可以将其分解为几个阶段、以便不会在单个 PLL 中乘以12k 因子(这会导致相位检测器的周期滑动出现很多问题)。 从概念上讲、您可以使用相同的级联方案、因此在两个阶段中只会乘以系数100和120 -这需要更多的组件和更多的 PLL、但实际上不需要担心周期差异、基准振荡器可以更真实、例如10MHz。 这还可以最大限度地减小每个 VCO 所需的调谐范围。

    以上都是:鉴于频率范围为0-5kHz、因此使用这种方法来消除抖动的方法不能做太多、因为根据定义、我们必须跟踪参考频率的1-2kHz/s 变化(对应于至少5kHz 的环路带宽、理想情况下更类似于10kHz) 我们无法在不跟踪边带的情况下对边带进行充分的滤波、而且如果不将环路带宽保持得太高而无法对其进行滤波、我们就无法对边带进行跟踪。 乘以12k 的因数也意味着将抖动乘以12k 的因数、因此即使您可以使该方法正常工作(至少对于音频 ADC/DAC 而言)、您的时钟信号也将是非常糟糕的质量。 我是否正确地推断您的基准振荡器基本上是来自基准盘的转速计? 我强烈怀疑您能否从电机信号中生成足够干净的时钟、无论理论上应该过滤瞬态噪声的飞轮效应如何、因为由于散热原因、电机驱动中固有的1/f 在带内将会过高(尤其是一旦乘以12k)。 不要低估这个12k 因子对抖动的影响:整个信号的相位噪声将增加20 * log (12k)=带内大于80dB、从开始并不是很好。 如果音频时钟来自电机驱动器、则感应相位误差将在稳态时听到。 另一方面、如果您的基准信号是从一些高质量源合成的、并且是软件生成的电机速度代理、那么这可能会很好-但此时有一种更直接的方法。

    我想您真正想要的是能够从有限数量的样本快速准确地预测拼盘频率。 我认为您不需要直接将拼盘与时钟耦合、出于上述原因、这种做法往往是一种艰难的销售。 另一方面、您可以通过某种磁场监控或反电动势感应来控制飞轮动态、并且您可能可以感应施加到飞轮上的力。 如果您能够非常快速地对这些信号进行采样、则可以提出一个拼盘的预测角速度模型、并使用它来动态调整 DDS 的频率输出。 这种方法有一些误差、但如果您可以比音频频率更快地更新 DDS、则应该能够将量化误差推至音频截止频率以上、只留下带内模型误差。 由于采样速度非常快、因此您可以持续更新模型并始终生成更好的系数。 这里的控制环路更复杂、但好处是您可以为 DDS 使用固定频率和低抖动基准源、因此您的频率感应方案不再会增加音频 ADC/DAC 上的时钟噪声。 如果您的处理器进行建模的速度足够快、那么这仍然是一个实时控制环路、而不是 DSP 中的高延迟后处理。 遗憾的是、除非卸载到专用控制器、否则这会给 CPU 带来负担;而高性能 DDS 并非完全是低功耗或低成本的。

    也许有一种混合方法、当拼盘处于标称频率时、您可以在非常干净的1kHz 频率之间切换信号、而在拼盘操作时、您可以使用上述的合成器/混频器方法。 在频移过程中、您仍然有一个低质量时钟来驱动音频源、但除非您对拼盘施加接近恒定的力来感应特定的间距移位、否则可变间距本身的行为可能会导致时钟质量问题的可闻性降低。 我个人怀疑它会像这样工作、但这只是一种直觉感觉-否则就需要考虑。

    非常巧妙的想法、有很多有趣的挑战需要解决。

    此致、

    Derek Payne

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    尊敬的 Derek:

    非常感谢您的详细回答。 现在我很清楚、PLL 管理的输入频率范围太大、需要进行全面的重新思考/重新设计。

    频率的实际来源是拼盘上的乙烯基。 乙烯基具有1kHz 的正交偏移音调。 该人员可以用手加快和降低乙烯基速度、从而有效地加快和降低波形速度。 当乙烯基频率为1kHz 时、音频编解码器所需的主时钟频率为12MHz。

    我想可以稍微限制输入频率范围、例如10Hz 至3kHz、但我怀疑这会 将要求带入合适的 PLL+VCO 范围。

    我不太理解下面的混合讨论。  我不是来自射频背景、但我发现这个领域很吸引人。 请您再次重申下面的想法吗?

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    flatmax、

    如果您不熟悉、混频器是一种器件、它根据某些三角特征的结果组合两个频率以产生第三个频率。 在这种情况下(最常见的情况)、混频器实现加法和减法。 通常、我们通过射频端口(高频)、IF 端口(中频)和 LO 端口(本地振荡器频率)来指代混频器。 混频器的工作方向可能会有所不同、例如 RF 或 IF 端口可以是输入或输出。

    我已经绘制了一个图、展示了我的第一个混频器建议。 为了简单起见、有两个相同的 PLL 电路。 一个从100kHz 生成1.2GHz;另一个从100kHz +高达5kHz 生成1.2GHz +高达60MHz。 混频器用于组合100kHz 基准和转速计的0-5kHz 信号、以便在相位检测器处看到的信号现在为100kHz 至105kHz (相对于标称频率变化小得多)。 此外、VCO 的变化现在仅为5kHz * 12000 = 60MHz、这肯定在 VCO 的调谐范围内。 第一个 PLL 锁定到100kHz 至105kHz 信号、并在 VCO 输出端产生1.2GHz 至1.26GHz 的频率。 该 PLL 的环路带宽可大于5kHz、这对于跟踪转速计上的1-2kHz/s 变化是可以接受的。 同时、第二个 PLL 与第一个 PLL 相同、但具有固定频率输入和输出。 产生的 VCO 输出在作为减法器运行的后续混频器上组合、以便从射频端口中减去1.2GHz、而0-60MHz 的乘法分量就会保留。 在实践中、您还需要在输入和输出端使用抗混叠滤波器、以防止锁定到100kHz - 0-5kHz、并消除两个 VCO 之和。 消除 VCO 和很容易;消除混频器处的差异可能更复杂、但某些混频器设计可以更好地专门产生和或差异、并抑制其他不需要的功能。

    该方案的缺点是 VCO 的工作频率相对于 PFD 频率非常高、因此 VCO 的变化需要很长时间才能通过 N 分频器传播。 如果所需时间足够长、则当 N 分频器恢复其相对于 R 分频器的相位时、PFD 可能会"循环滑动"、然后 VCO 才能使反馈路径再次对齐。 周期下降会显著降低环路速度、虽然稳定的环路可以恢复、但很难跟上基准的快速变化(即使环路带宽理论上足够高)。 这意味着您可能无法根据需要跟踪完整的1-2kHz/s 变化率。

    正如我提到过的、如果您将此方案分解为具有较低乘法比的两个段(例如100和120)、则周期下滑不会是一个问题、因为 PFD 可以在高得多的速率下运行、而无需非常高的 VCO 频率、 现在 LO 的频率可以超过100kHz (例如10MHz)、无处不在。 下面显示了详细介绍级联方案的另一幅图像。

    此致、

    Derek Payne

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    这看起来是一个很好的概念。  我愿意试一下。
    您能就可以实现每个部分的任何芯片提供建议吗?  

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    flatmax、

    TI 不销售任何分立式混频器、但这些器件通常可从多个分销商和制造商处获得。 我先从 MiniCiribic电路 开始、因为他们的选择往往很广泛。 您可以为每个元素使用相同的混频器器件型号。 您正在寻找一个混频器,该混频器最高可升频至>10MHz,下变频> 1.2GHz。

    10MHz 基准振荡器在分配器上相当普遍、因此我想在抖动和性能之间进行最佳权衡。 请记住、抖动会显著成倍增加、因此我通常建议使用更高质量的10MHz XO。。。 在实践中、正如我之前提到的、我认为主要噪声源将是0-5kHz 信号、因此最终可能无关紧要。

    对于 PLL、您可能会找到具有集成 VCO 的器件。 LMX2572LP 等看起来非常理想。 集成式 VCO 范围略高(3.2-6.4GHz)、但它包含一个通道分频器、因此可分别从4GHz 或4.8GHz 合成1GHz 或1.2GHz。 我们还提供两种工具: TICS Pro、用于帮助对器件的寄存器设置进行原型设计(并避免潜在问题); 以及 PLLatinum Sim、后者可用于帮助在适当的带宽下设计稳定的环路滤波器。

    此致、

    Derek Payne

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    再次感谢 Derek、我将开始设计、并在需要帮助时访问论坛。

    我想使用 TICS Pro 软件、但我无法使用、因为我使用的是 Linux。

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    flatmax、

    TICS Pro 具有一些 Windows USB 堆栈依赖项、因此在 Linux 上工作有点困难。 我对今天如何解决这个问题没有很好的建议、但这是我们正在研究的问题(可能需要几年时间才能得到好的答案)。 由于执行所有编程似乎都非常困难、因此我在级联配置中为1GHz 和1.2GHz 情况起草了几个十六进制寄存器配置("一体机"配置远超出可用输入频率范围)。

    e2e.ti.com/.../HexRegisterValues_2D00_1.2GHz.txt

    e2e.ti.com/.../HexRegisterValues_2D00_1GHz.txt

    PLLatinum Sim 没有任何深层嵌入式 Windows 依赖项、因此它可以在仿真器、Windows->Linux syscall 转换层或虚拟机中运行、而无需抱怨。 再说一次、这是我们正在努力的事情(再说一次、时间刻度可能已经过去了)。

    此致、

    Derek Payne