DDC SDR US4ICI (проект)

[RA3APW Карен]

Олег, UR3IQO, измерял фазовый шум PLL MAX2871 с опорным генератором от SDR трансивера
(ABLJO-V-155.520MHz).  Цель использовать PLL в качестве LO первого преобразования в УКВ SDR трансивере.
Фазовый шум измерялся на частоте 130 МГц (ПЧ 14 МГц для диапазона 144МГц) и составил около -130 дБс/Гц
при отстройке 10 кГц (желтый график).  Красный график тот же PLL с внутренним ТСХО 10 МГц.

Олег и Павел, можно ли надеяться, как у Вас будет время, на краткое описание установки по измерению ФШ.
Какой у нее шумовой порог и на каких частотах возможно измерение?
Проводились ли сравнительные измерения полученных результатов с промышленными приборами высокого уровня на предмет уровня ошибок измерения?

[UR3IQO]

можно ли надеяться, как у Вас будет время, на краткое описание установки по измерению ФШ.

Я как-то описывал в листе TimeNuts, в архивах должно быть.

Собственно установка (громко сказано) это смеситель с малошумящим УНЧ, и к нему интегратор с усилителем, который позволяет захватить опорный VCXO от испытательного сигнала. Т.е. классический метод измерения фазового шума с подавлением несущей системой ФАПЧ.

Основной нюанс - опрный КГ должен быть намного менее шумным, чем измеряемый. Либо нужно мерять два одинаковых генератора (и учитывая некоторые нюансы это возможно только для КГ). Ну и т.к. "анализатор спектра" на звуковухе, то есть ограничения по полосе в которой производится анализ.

Насчет сравнения - с взрослыми приборами прямого сравнения не проводилось, но в основном результаты измерений соответствуют датащитам/расчетам/измерениям других (в том числе на взрослых приборах). Кроме того, в тех случаях когда это возможно, стараюсь померять шум разными способами и сравнить, чтобы быть уверенным).

[RA3APW Карен]

Олег, спасибо. Этот метод мне известен.
Вижу два затрудняющих момента в таком варианте - так как надо иметь:

• опорный/эталонный генератор должен иметь лучшие параметры по ФШ - а это обычно не дешево
• так как это обычно кварцевый генератор, то для каждой частоты измерения надо иметь эталонный генератор - то есть целый набор генераторов на частоты типа типа 10МГц; 100 МГц и т.д.

Согласен, для домашней лаборатории метод не сильно дорогой, и эффективный, если под рукой нет E5052 и R&S FSWP.

[UR3IQO]

опорный/эталонный генератор должен иметь лучшие параметры по ФШ - а это обычно не дешево

Поскольку высокая стабильность в общем-то не нужна, генераторы можно (и лучше) сделать самому. Здесь можно позволить вольности с рассеиваемой на резонаторе мощностью и получить простой, дешевый и достаточно хороший КГ. Чтобы быть в нем уверенным, их делается два и на этой же установке они обмеряются.

так как это обычно кварцевый генератор, то для каждой частоты измерения надо иметь эталонный генератор - то есть целый набор генераторов на частоты типа типа 10МГц; 100 МГц и т.д.

Это да. Можно немного увеличить кол-во частот за счет замены кварцев в одном и том же генераторе, но это возможно при небольших отличиях частоты (скажем от 7 до 10МГц для основной частоты, или от 55 до 75МГц для третьей гармоники).

[RA3APW Карен]

опорный/эталонный генератор должен иметь лучшие параметры по ФШ - а это обычно не дешево

Поскольку высокая стабильность в общем-то не нужна, генераторы можно (и лучше) сделать самому. Здесь можно позволить вольности с рассеиваемой на резонаторе мощностью и получить простой, дешевый и достаточно хороший КГ. Чтобы быть в нем уверенным, их делается два и на этой же установке они обмеряются.

так как это обычно кварцевый генератор, то для каждой частоты измерения надо иметь эталонный генератор - то есть целый набор генераторов на частоты типа типа 10МГц; 100 МГц и т.д.

Это да. Можно немного увеличить кол-во частот за счет замены кварцев в одном и том же генераторе, но это возможно при небольших отличиях частоты (скажем от 7 до 10МГц для основной частоты, или от 55 до 75МГц для третьей гармоники).

Высокая стабильность, действительно, не нужна в данном случае. Но проблема понять на какой абсолютный (а не относительный) уровень  ФШ получился созданный КГ. Неоднократно получал некоррелируемые результаты даже только при замене кварцевого резонатора из одной партии, включенного в ту же самую схему. Разброс результатов колоссальный. Именно поэтому встает вопрос о первом абсолютном измерении реального ФШ относительно которого все измеряется в дальнейшем.

[UR3IQO]

Именно поэтому встает вопрос о первом абсолютном измерении реального ФШ относительно которого все измеряется в дальнейшем.

Особой проблемы в этом нет. Да и все измерения ФШ относительные (меряем шум относительно несущей). Допустим при измерении двух одинаковых КГ Вы получили уровень шума в определенной точке -100дБн/Гц, что это означает - то, что любой из Ваших генераторов не хуже, чем -97дБн/Гц (это оценка ошибки из-за неодинаковых шумов одинаковых генераторов, на случай если один из генераторов идеален, а все шумы от второго). Таким образом можно легко оценить верхний предел шума КГ.

При измерениях других генераторов/узлов если уровень шума хотябы на 7..10дБ выше, чем оценка шума опорного генератора, то можно считать его идеальным.

[RA3APW Карен]

Именно поэтому встает вопрос о первом абсолютном измерении реального ФШ относительно которого все измеряется в дальнейшем.

Особой проблемы в этом нет. Да и все измерения ФШ относительные (меряем шум относительно несущей). Допустим при измерении двух одинаковых КГ Вы получили уровень шума в определенной точке -100дБн/Гц, что это означает - то, что любой из Ваших генераторов не хуже, чем -97дБн/Гц (это оценка ошибки из-за неодинаковых шумов одинаковых генераторов, на случай если один из генераторов идеален, а все шумы от второго). Таким образом можно легко оценить верхний предел шума КГ.

При измерениях других генераторов/узлов если уровень шума хотябы на 7..10дБ выше, чем оценка шума опорного генератора, то можно считать его идеальным.

Относительный подход измерений не есть, на мой взгляд, правильный путь. Так как результаты измерений ФШ одной и той же схемы КГ при разных резонаторах могут отличаться в очень большом диапазоне. И понятие лучше на "-7...10 дБ" может быть в одном случае правильным критерием, а в другом нет. То есть появляется неоднозначность оценки результатов.

Для исключения подобной ситуации я обычно использую набор высококачественных OCXO с проверенным спектром и измеренным индивидуально уровнем ФШ на стандартные частоты. В этом случае можно уже использовать указанную методику для получения однозначных результатов.
 

[UR3IQO]

Относительный подход измерений не есть, на мой взгляд, правильный путь.

Сама суть измерений ФШ относительная, т.к. по определению это мощность шума в полосе 1Гц относительно мощности несущей.

И понятие лучше на "-7...10 дБ" может быть в одном случае правильным критерием, а в другом нет.

Ну хорошо. Поскольку шум ОГ мы оцениваем на наихудший вариант, то реальный шум ОГ может быть только ниже предполагаемого ипо результатам замера одинаковых ОГ.

Допустим у нас тестовый генератор с уровнем шума -100дБн/Гц и мы намеряли шум испытываемого генератора -90дБн/Гц. Значит реальный шум был -90.5дБн/Гц. Теперь представим, что мы ошиблись и реальный шум тестового генератора -140дБн/Гц. Тогда реальный шум испытываемого генератора был -90.00004дБн/Гц.

Хорошо видно, что ошибки в оценке реального шума генератора оказывают очень малое влияние, если измеряемые значения шума хотя бы на 7..10дБ превосходят верхний предел оценки шума опорного генератора (см. выше).

[RA3APW Карен]

Согласен, что измерение ФШ относительный процесс, но КГ с уровнем ФШ на -100 дБн/Гц не бывает, они должны быть существенно лучше на 40-60 дБ.
А такие уровни обычный АС не измерит. Поэтому и требуется иметь промеренный КГ с известным уровнем ФШ как эталонный. 

[UR3IQO]

А такие уровни обычный АС не измерит. Поэтому и требуется иметь промеренный КГ с известным уровнем ФШ как эталонный.

Так для того и подавляли несущую. Если есть обычный АС, то можете сделать измерения в более широкой полосе - принцип тот же. ДД измерений ограничивается шумом ОГ и шумами входных цепей (смесителя и усилителя после него). Если производится замер с двумя одинаковыми генераторами, то ДД определяется только шумами входных цепей (например, у меня он ограничен снизу шумом предусилителя на AD797, сверху линейностью смесителя. Максимум выходит порядка -165дБн/Гц..-170дБн/Гц).

Наличие эталонного КГ в общем-то ничего не дает, кроме возможности проверить "измерялку".

[RA3APW Карен]

При использовании известного/эталонного КГ (с промеренными ФШ) измерение существенно проще, на мой взгляд, и на практике к результату просто добавляется до 3 дБ к значению ФШ, полученному после смесителя/ФАПЧ. Но при этом эталонный КГ должен быть лучше по ФШ, чем измеряемый.
 

[UR3IQO]

к результату просто добавляется до 3 дБ к значению ФШ

Не, оно добавляется не просто, а по формуле Pc = P1 + P2, и 3дБ будет когда мощности шума ОГ и проверяемого генератора одинаковые. При разнице более 7дБ добавка будет очень маленькая менее 1дБ, т.е. если ОГ достаточно тихий, то смысла это особого не имеет.

Но при этом эталонный КГ должен быть лучше по ФШ, чем измеряемый.

Строго говоря не обязательно (вспоминаем NFE у Keysight), но лучше в такие игры не играть, особнно в любительских условиях - там много нюансов которые могут привести к "открытиям" сродни вечного двигателя

Я поэтому в домашних измерениях всегда консервативную позицию занимаю - пусть опубликованный результат будет хуже на пару дБ, зато я в нем уверен.

[RA3APW Карен]

к результату просто добавляется до 3 дБ к значению ФШ

Не, оно добавляется не просто, а по формуле Pc = P1 + P2, и 3дБ будет когда мощности шума ОГ и проверяемого генератора одинаковые. При разнице более 7дБ добавка будет очень маленькая менее 1дБ, т.е. если ОГ достаточно тихий, то смысла это особого не имеет.

Это ясно и максимум 3 дБ добавка, что не так уж и много. Противоречий с тем, что я написал не вижу никаких.

Но при этом эталонный КГ должен быть лучше по ФШ, чем измеряемый.

Строго говоря не обязательно (вспоминаем NFE у Keysight), но лучше в такие игры не играть, особнно в любительских условиях - там много нюансов которые могут привести к "открытиям" сродни вечного двигателя

Я поэтому в домашних измерениях всегда консервативную позицию занимаю - пусть опубликованный результат будет хуже на пару дБ, зато я в нем уверен.

Аналогично занимая консервативную позицию в данном вопросе считаю, что измерения на основе абсолютных параметров измеренного эталона принесут гораздо меньше сюрпризов в результате.

[US4ICI]

   Дискуссия по измерению ФШ состоялась   Добавлю что Олег использует смеситель до 500 МГц, который позволил
измерять СПМШ генераторов на 116, 130 и 404 МГц, разработанных для трансвертеров диапазона 2м и 70см.
   Пару слов о терминологии,- HPSDR DDC трансивере.
Подозреваю что многие начинающие в области SDR, вроде меня, путаются в понятиях.
HPSDR подразумевает трансиверы, которые работает с программами на компьютере, - самые известные PowerSDR, Quisk, Thetis, SDR Console V3.  В этих программах осуществляется обработка потока данных от трансивера, окончательная фильтрация, демодуляция. Существует две версии протокола, по которому трансивер общается с программой. AngeliaLite - OpenHPSDR совместимый СДР использует вторую версию протокола. Этот протокол поддерживают Thetis, SDR Console V3 из известным нам. Кто знает другие программы, поправьте!  Thetis по сути продолжение проекта PowerSDR.
   Таким образом для работы с трансивером AngeliaLite можно использовать одну из этих программ.  Трансивер без компьютера и программы не работает. Существуют автономные SDR трансиверы, в которых DSP обработка происходит внутри. Содержат панель управления с дисплеем и органами управление, привычными нам для аналогового трансивера.  Возможны варианты с выносной панелью управление или все в одном корпусе. 
   Задают вопросы по удаленному доступу к  трансиверу AngeliaLite. Олег подключает его к внутреннему эзернет порту роутера, а программа работает на ноутбуке по Wi-Fi.  Таким образом в локальной сети проблем нет.  Доступ по глобальной сети интернет потребует как минимум реальный IP адрес, VPN и скорость потока не ниже 10 мБит/с для одного приемника.  Такой доступ требует проверки.
   Вопрос по самоконтролю в CW без кодека на плате. Можно использовать QSK режим в программах. Кодек Олег планировал добавить на вторую плату, но пока не реализовал. Большинство контестменов вообще не используют тлг манипулятор (работают из логов макросами и с клавиатуры).
   Прошу прощения корифеев SDR за столь простой ликбез. По себе знаю что информация полезна начинающим. Задавайте вопросы не стесняясь, вместе будем вникать

[US4ICI]

   Хочу посоветоваться с УКВ общественностью о направлении дальнейших усилий в разработке SDR УКВ трансивера.

   Если с ПЧ все более менее ясно, - AngeliaLite работает как хочется, то по УКВ трансвертерам в раздумьях.. Нужен ли нам УКВ трансивер с высоким динамическим диапазоном?! Скажем когда чистый от фазового шума сигнал с уровнем 59+60 дБ при отстройке в 10 кГц никак не мешает принимать ЕМЕ.
   Казалось бы какие сомнения, почему бы и нет если это возможно?
Дело в том что приходится закладывать в трансвертер соответствующую элементную базу, а это влияет не только на цену комплектующих, но и на нагрев. Например только УПЧ трансвертера будет потреблять 120 мА (балансный с OIP3 40 dBm), а если приемника два то и УПЧ два.
   По части LO разработаны сверх малошумящие кварцевые генераторы высокой стабильности для трансвертеров 2м и 70см.
Но если опустить планку требований к динамике, то можно обойтись одним PLL для всех диапазонов до 2400 МГц.
   Собственно трансивер с такой высокой динамикой нужен по большей части для очных тестов, которые теперь не проводятся.
Отчасти в заочных тестах, когда не повезло с соседями.  В 90% случаев устроит рядовой SDR трансивер с высокой стабильностью частоты и средней динамикой. Опускаться до уровня "мыльниц" резона точно нет.

p.s. Слушаю Angelia Lite на КВ. Сигналы 59+20дб редкость. С КВ особенно в тестах вопросов по ДД нет,- чем больше тем лучше. Даже если с соседями повезло, вещательные станции на некоторых диапазонах близки к полосам ПФ. 
На УКВ то как быть, друзья?!  Делаем по максимум?