Комбинированный прибор... Радио 4/2014

[igor48]

После прочтения статьи возникли вопросы к автору по схеме генератора:
1) Чем обусловлено выходное сопротивление генератора 620 Ом при заявленной частоте до 10 МГц (без одного Герца). Каким кабелем передавать сигнал?
2) В даташите AD8099 рекомендуемые значения сопротивления обратной связи от 250 до 499 Ом. Чем у DA3 обусловлен выбор R19 = 56кОм?
3) Почему отсутствует ФНЧ на выходе генератора? Подсчитаем для синуса: Fc = 25МГц. Если Fo = 10МГц, то ближайшая паразитная частота: Fc – Fo = 15МГц. Амплитуды частот: A = sin(x)/x, где x = пи*F/Fc. A(10МГц) = 0.757, A(15МГц) = 0.504, A(10МГц) / A(15МГц) = 1.5, т.е. всего 3.5дБ. Нужен ли вообще генератор с таким жутко некачественным сигналом на выходе?

[SAA]

1. Выходное сопротивление генератора с достаточной точностью определяется величиной резистора R3. Вопрос по кабелю не совсем понятен - если речь идет о том, каким кабелем передать сигнал от платы до выходного разъема XW2, то любым коаксиальным, на частоте до 10 МГц его волновое сопротивление некритично.
2. Что касается R19. Datasheet AD8099 действительно рекомендует выбирать его величину в указанных Вами пределах для выполнения заявленных характеристик ОУ во всем частотном диапазоне. А он для данного коэффициента усиления будет составлять порядка 600 МГц. В данной схеме ОУ используется только в весьма узкой (для AD8099) нижней части его частотного диапазона и при таком значении R19 работает хорошо. При желании величины сопротивлений R16 и R19 можно пропорционально уменьшить. Почему выбрано именно R19=56 кОм - смотрите в ответе на 3-й вопрос.
3. Фильтр на выходе генератора безусловно нужен, чтобы получить сигнал высокого качества. Но простейшим ФНЧ здесь не обойтись - нужен фильтр, перестраивающийся электронно в диапазоне от единиц герц до 10 МГц и сохраняющий в этом диапазоне стабильные характеристики. Должен признать, что такой фильтр пока в разработке, к его работе есть у меня претензии, поэтому из схемы он исключен, остался только его выходной каскад на DA3 c обвязкой. Номиналы резисторов обвязки в т.ч. R19 менять не стал, оттуда и значение 56 кОм. В данной версии прибора для частичного сглаживания помех переключения ЦАП DA1 предусмотрен только конденсатор С10. Нужен ли такой генератор - каждый решает сам, но думаю, что лучше такой, чем никакой.

[igor48]

1) Имеется в виду кабель, которым будем передавать сигнал от выходного разъема генератора в нагрузку (подопытную схему). Обычно это удобно делать стандартным кабелем длиной около метра на 50 или 75 Ом. В вашем случае на верхнем частотном диапазоне явно возникнут проблемы, если только не применить кабель с волновым сопротивлением 620 Ом.
2) Вы используете великолепный операционный усилитель AD8099 с низким уровнем шумов, широкой полосой пропускания и малыми искажениями при рекомендованной схеме включения. Увеличив на два порядка рекомендованные сопротивления вы все разом перечеркнули. Может тогда и операционный усилитель можно было выбрать попроще и раз в десять подешевле. Ведь публикуя статью в журнале "Радио", вы как бы рекомендуете схему для повторения широкому кругу радиолюбителей. Можно было и оптимизировать ее.
3) Проблема ФНЧ естественно существует и разработчики решают ее по разному. Перестраиваемый фильтр тут вовсе не к чему, поскольку частота тактирования AD9833 у вас не меняется. Необходимо применить ФНЧ высокого порядка – например рекомендуют эллиптический 7-го. Но его в домашних условиях трудно настроить. Тогда можно взять Баттерворта 5-го порядка, который значительно проще в изготовлении. В этом случае имеет смысл уменьшить максимальную частоту генерируемого сигнала, чтобы на верхнем пределе он был еще «достаточно качественен». И еще! При DDS мы боремся не с «помехами переключения ЦАП», а с генерируемыми паразитными частотами, которые возникают в полном соответствии с теорией. Я уже показал, что у вас при частоте синуса 10МГц будет паразитная частота 15МГц с амплитудой всего в 1.5 раза меньше, и все это выльется в жуткие биения сигнала. Также применяемый метод формирования прямоугольных импульсов будет хорошо работать только при очень низких частотах. Чтобы получить меандр "без дрожи" до тех же 10МГц, его нужно формировать другим способом, например как сделано в AD9851, т.е. компаратором после фильтрации синуса. В общем, при небольших доработках ценность вашего генератора значительно возрастет.

[SAA]

1. Если Вы имеете ввиду проблемы связанные с отражениями от несогласованной нагрузки, то это преувеличение. Проблемы стоячей волны начинают оказывать заметное влияние начиная с частот на порядок выше 10 МГц.
2. Зря Вы так уверенно утверждаете, что достоинства ОУ перечеркнуты схемой его включения. К datasheet'у надо подходить осмысленно, а не слепо копировать его данные. На очень высоких частотах действительно нельзя использовать высокоомную обвязку ОУ, т.к. величины сопротивлений (реактивных) различных паразитных емкостей становятся по величине меньшими чем активное сопротивления установленных резисторов. В результате схема может работать совершенно не так, как было предусмотрено. Вот только на практике это явление проявляется начиная с частот в сотни мегагерц, учитывая малые значения этих емкостей. Простой пример: из множества паразитных емкостей посмотрим на то как влияет на работу схемы лишь одна - собственная емкость SMD резистора. Ее типовое значение - менее 0,1 пФ. На частоте 10 МГц емкостное сопротивление такого резистора составит порядка 230 кОм, а на частоте 700 МГц (верхняя граница полосы пропускания для AD8099) - всего порядка 3 кОм. А теперь мысленно подключите параллельно резисторам R16 и R19 полученные значения емкостных сопротивлений и посмотрите на результат. В полосе частот 0 ... 10 МГц падение усиления каскада из-за влияния собственных емкостей резисторов составит порядка 13%, что с большим запасом вписывается в привычный уровень 0,707. Следовательно, говорить что "...Увеличив на два порядка рекомендованные сопротивления вы все разом перечеркнули." мягко говоря некорректно. Ну а как поведет себя такой каскад в полосе частот 0...700 МГц - подсчитайте сами. Думаю, что результат этого расчета объяснит Вам из каких соображений разработчики рекомендуют в datasheet'е использовать низкоомные резисторы. Справедливости ради надо заметить, что применение резисторов R16 и R19 превышающих по величине рекомендуемые несколько повышает уровень шумов данного каскада, но в данном случае это несущественно, т.к. ОУ работает в режиме усиления большого сигнала.
Кстати, если Вы строго придерживаетесь datasheet'а, то должны заметить, что в нем никак не описана работа ОУ с сопротивлением нагрузки менее 100 Ом, а типовые варианты применения предполагают ее равной вообще 1 кОм, следовательно результат работы на нагрузку 50 или 75 Ом является недопустимым/непредсказуемым.
3.В том, что генератор нуждается в фильтре я уже писал, что с Вами абсолютно согласен и над этим работаю. Думаю, что в очередных версиях прибора он появится.

[igor48]

1) Насчет кабеля абсолютно нет никакого преувеличения. Промоделируем ситуацию в программе Micro-Cap. Берем генератор с выходным сопротивлением 620 Ом и подключаем к нему нагрузку кабелем RG58AU с волновым сопротивлением 50 Ом и длиной 1.5м. Если сопротивление нагрузки взять 50 Ом, то АЧХ полученной системы линейна до сотен мегагерц, но полезный сигнал на нагрузке всего 7.5% от сигнала на выходе ОУ. Если же взять нагрузку 620 Ом, то система генератор-кабель-нагрузка представляет из себя НЧ фильтр, который уже на 10 МГц будет иметь спад -3дБ. При дальнейшем увеличении сопротивления ситуация только усугубляется. Если же через этот кабель нагружать 50 Омный генератор, то, как не парадоксально, до сотен мегагерц нагрузка практически не оказывает влияние на АЧХ системы.
2) Вы немного заблуждаетесь, если приводите в пример паразитные емкости SMD резисторов, но забываете про входные цепи ОУ. Тот же анализ в Micro-Cap (который удивительно хорошо согласуется с данными из даташита) показывает, что даже при использовании идеальных резисторов вы срезали полосу пропускания до 80 МГц вместо возможных 500. Если она вам не нужна, так еще раз повторю свой вопрос – почему бы не взять более дешевый и доступный ОУ?
3) О том, что AD8099 не совсем подходит для работы на нагрузку 100 Ом – согласен. В даташите так и сказано. Так зачем же вы его выбрали в качестве буферного усилителя для вашего генератора? Взяли бы AD8055 например. Менее шустрый, зато на 100 Ом отлично работает, дешевле стоит и легче достать.

[sspol]

Так зачем же вы его выбрали в качестве буферного усилителя для вашего генератора? Взяли бы AD8055 например.

Самому взять и сделать, а потом сказать - вот я какой разумный! Так поступить религия не позволяет?

[igor48]

Самому взять и сделать ... религия не позволяет?

Для себя то я могу еще и не такое взять и сделать, и не таких косяков наворотить . А вот выносить на суд читателей журнала сырые схемы - действительно не позволяет чувство ответственности.

[ASD]

К сожалению, такая уж мода пошла (IMHO из Интернета). Выкладывается схема и программа только-что заработашего, но не отработанного до конца устройства, а потом многократно дорабатывается. В журнале это невозможно - "что написано пером, не вырубишь топором". К сожалению, любая просьба доработать предлагаемый к публикации прибор приводит лишь к затягиванию сроков, ничего по-существу не улучшая (автор и так сделал всё, что мог), а иногда статья вовсе снимается, потому что есть много других возможностей опубликоваться без "придирок" редакторов. Поэтому приходится работать с тем, что есть, стараясь найти и выделить в любом готовящемся к публикации материале "жемчужное зерно". Я много раз повторял уже, что журнал - зеркало. Уровень публикаций в нём отражает уровень радиолюбительства. Присылайте больше хороших статей, и вы их увидите на страницах журнала.

[sspol]

Выкладывается схема и программа только-что заработашего, но не отработанного до конца устройства,

Устройство может быть многократно повторено при тщательной отработке, изготовлению опытной партии, доводке, промышленной партии и т.д. Один отработанный образец еще не значит что схема отработана, журнал потому и журнал что оставляет простор для творчества. Простите , но тупое копирование - это не творчество и попросту не интересно, и если кто-то начинает говорить о волновом сопротивлении кабеля на частоте 10мГц при длине 1м , т.е. о параметрах длинной линии - хочется сказать - сделай что-то сам. Рассказывать о недостатках гораздо проще чем попытаться устранить их не в симуляторе , а в схеме, тем более что все вроде и знает. Конечно на синтезаторе прямого преобразования мечтать о чистой синусоиде - фантастика, но ведь если нужен чистый сигнал - примени обычный синтезатор с ГУН и будет тебе счастье. Автору вероятно это просто не было нужно, но идея автором дана - пользуйся и не умничай.

система генератор-кабель-нагрузка представляет из себя НЧ фильтр

Фильтр, какой фильтр, просто емкость и все, не смешите что метр кабеля работает как длинная линия на 10мГц. Очень грубо без учета укорочения фильтр появится при длине волны 4м, т.е. ближе к 70мГц. И кто вообще заставляет применять кабель?

[igor48]

Фильтр, какой фильтр, просто емкость и все, не смешите что метр кабеля работает как длинная линия на 10мГц. Очень грубо без учета укорочения фильтр появится при длине волны 4м, т.е. ближе к 70мГц.

А кто вообще говорил, что здесь рассматривается длинная линия. Именно емкость кабеля и выходное сопротивление генератора, и все, фильтр готов. Но так уж вышло, что большинство распостраненных 50 омных кабелей имеют примерно одинаковую погонную емкость, которая при выходном сопротивлении генератора 600 Ом и частоте 10 МГц оказывает заметное влияние уже при длине кабеля 1,5м. Выходное сопротивление 620 Ом действительно используется у некоторых промышленных генераторов, но , как правило, при частоте до 1 МГц. И таких проблем там не наблюдается.

И кто вообще заставляет применять кабель?

Действительно! Если генератор использовать только для подключения к нему щупа осциллографа, то вовсе и не зачем.