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打算试试用ADL5961做矢网产品
虎哥2025/03/09仪器仪表 IP:四川

自从ADL5960问世,就有很多朋友怕我没看到,“惊喜的”加以推荐。坦率的讲,要是表局对业内动向如此后知后觉,就不要混了。不过好意心领了,希望大家继续推荐。

之所以没动,是因为5960的指标在但凡敢称为矢网的正经产品上,根本够不着门槛,各项指标与最低要求之间都隔着长征般的距离,用来做901是完全不行的。这还仅仅针对手持仪器的标准而言。因此,5960看起来适合各类定制实验设备。

最近ADL5961出来了,各方面都有提升,至少方向性够着了门槛,所以我们打算在一个产品中试一下。

不过目前从理论推测,性能是不够满意的,主要是看中它省体积的优势。

最大的命门在于,此处的不等臂惠斯登电桥用差分放大器(或混频器)替代巴伦,差分放大器的输入阻抗必须是恒定且巨大的,否则对桥的影响不可忽略。表局曾做过实验,随着不等臂的情况加深,性能会迅速恶化。

说的就是下面这两个放大器。

f194f18c0a3966c31d1892ca1cb8acdc.png

但在微波频段实际上是做不到的,如果有什么破天荒的发明,ADI不可能不说。于是,就需要改造电桥,引入更多电阻来降低其影响。

结果是什么呢?

结果就是噪声系数大得惊天地泣鬼神!

下图是ADL5961手册上给出的噪声系数图。注意看这张图,在最高增益附近,噪声还接近50dB,保持这一性能的最低增益是36dB。降低至30dB,噪声系数就超过50dB。

image.png

从矢网设计原理上讲,需要追求以最小的增益增长得到最大的降噪收益。从上图可见,18dB增益这一档能得到55dB左右(10GHz)的噪声,是边际收益最高的选择。若用36dB增益去追求最优噪声,则芯片极易过载,动态范围出现巨大损失。尽管可以切换增益以扩大可测范围,但切换会引入新的漂移特性,且不同增益段的衔接必有误差,也应尽量避免。

这里的增益18dB,是设定值,并不是芯片从RFin到IFout的增益。根据手册参数推测,输入输出增益在10GHz处预计要下修13dB,约为5dB。也不是说片内放大器只有18dB增益,考虑耦合度和损耗,射频和中频放大器总增益应当更高一些,可能在25~30dB之间。

就算增益为5dB吧,要想让该芯片以及后级不过载,驱动功率最大只能在5dBm左右。手册上给的1dB压缩点,是在设定值为0dB时测的,在设定值为18dB时,压缩点很可能只有10dBm。矢网可不能顶着1dB压缩点用,至少要回退6dB,因为即使0.1dB的压缩都不可接受。

而噪声高达55dB,意味着噪底在-90dBm@1kHzRBW水平。作为对比,KC901K妥协之后的设计指标都还有-110dBm。

那么理论动态范围最大就只有95dB@1kHzRBW,这基本上就是用这个芯片在固定增益下能做到的理论极限了。

这个指标倒是基本达到了早期矢网的水平,所以才说够着了做通用仪器产品的门槛。

还是胡总领衔硬件设计,设想是可以直接插到901的中频组件上,因此只用画射频板。由于这个芯片要SPI控制,需要修改FPGA的管脚和程序,还需要一些时间。等这些工作确认好了,就发出去打样,我倒要看看有多神奇。


[修改于 1个月25天前 - 2025/03/20 02:54:06]

来自:仪器与装备 / 仪器仪表
19
5
新版本公告
~~空空如也
量子隧道
2个月5天前 IP:广东
942537

在如此巨大的共模信号下提取出1/10量级的差模,还拓展到10GHz的微波段,估计没有哪个微波差分放大器能做出合适的CMRR出来 对它的指标应该不能报什么高的期望。


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虎哥作者
1个月26天前 IP:四川
942774

国际局已经把芯片送来了。

20250318_205317.jpg


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虎哥作者
1个月12天前 修改于 1个月12天前 IP:四川
943061

矢网的定向器件(电桥、耦合器)只要有一点点方向性,就可以通过校准算法找出更多的方向性,这是因为矢网接收机得到的是矢量数据,代表了信号的全部特征,故可以直接做减法,把因为方向性不足而从正向泄漏到反向的信号在软件中减去,于是方向性就“凭空产生”了。

那么,是不是随便用点什么定向器件就行呢?其实也不行的。

定向器件(电桥、耦合器)的端口通常并不是直接接被测器件,而是要通过一截电缆来连接。

为了测量相位,必须在电缆末端校准。

而电缆是有损耗的。

假设定向器件的方向性是3dB,而电缆损耗是2dB,信号在电缆上来回一次,就损耗了4dB,比定向器件的方向性还大。

那么,定向器件的耦合端发生的变化,与测量端口的真实反射之间,关系就变得非常微弱。

虽然理想情况下仍然可以通过校准找补回来,但由于真实反射所占比例太小,许多原本占比很小的误差或随机现象就会被剧烈放大。

软件处理就变得很不可靠了。

因此,要求定向器件必须有足够的方向性,至少要比常用外部连接线的损耗还大6dB。

在KC901的指标中,用“绝对定向性”来表示方向性器件原始的、未经校准的方向性。

对于较低频率,由于容易实现,这一指标是20dB。对于较高频率,由于实现起来比较困难,通常放宽到18dB。

从手册上看,ADL5961在17G以下够着了18dB,在更高频段好歹还剩10dB,因此有了在网分中应用的前景。


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虎哥作者
1个月7天前 修改于 1个月6天前 IP:四川
943133

胡总把板子画完了,为了兼容现有KC901x的中频处理器,将中频转为单端。因为该美国芯片是关键物料且在可以预见的未来没有可替代的选型,整板采用逆国产化设计。

image.png

image.png

每张板子两个5961,暂时信一下他的本振隔离度指标,如果翻车再说。设计方面均按可以足指标工作到26.5G考虑,因此这张板子小量采购的BOM成本大概要1.5万元。

image.png

大概一个月以后就能见到实物了。。。


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hrrwto
1个月6天前 IP:江苏
943140
引用虎哥发表于4楼的内容
胡总把板子画完了,为了兼容现有KC901x的中频处理器,将中频转为单端。因为该美国芯片是关键物料且在

自己试验成本这么大,不先买一张官方评估板吗?


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虎哥作者
1个月6天前 IP:四川
943141
引用hrrwto发表于5楼的内容
自己试验成本这么大,不先买一张官方评估板吗?

已经请会员评估过了,猴子还评估了官方出那个直接用DAC当源的机器(一言难尽)。

芯片只是性能的天花板,具体表现基本取决于其它部分的设计水平,需要按最终形态做才能有结论。


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1176764177
1个月0天前 修改于 1个月0天前 IP:北京
943291

hhh表局这是拥抱cadence了,这5961看手册好像最大IP1是29dBm吧。

回退一些激励功率出到+10dBm+应该还是ok的吧

看decap里面没啥新鲜东西,看起来是电桥电阻配置是注重低直通损耗和定向性的设计,不过这个NF还是惊天地泣鬼神了hhh。

这么小一个玩意估计温漂拆开做的要好控制,可能做些低端小手持还凑合吧 大台式哪怕塞41所的电桥也比这个强。



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虎哥作者
1个月0天前 修改于 1个月0天前 IP:四川
943294
引用1176764177发表于7楼的内容
hhh表局这是拥抱cadence了,这5961看手册好像最大IP1是29dBm吧。 回退一些激励功率

用独立电桥或者定向耦合器,肯定会好得多得多,首先就是它可以用高电平驱动的无源混频器,不会出现高增益同时还高噪音的情况。要么加预放,高增益但超低噪音,要么不加预放,噪音高但低增益,都能为保持动态范围创造条件。不过,DC连续到几十G的混频器没有货架产品,于是就要分段,电路会复杂很多。901Q,KC908B,都做了麻烦的分段。大佬啥时候推出超宽带混频器。。。

不论电桥还是定耦,到了后面都是拼工艺,目前能找到的供应商,做个薄膜电阻网络,误差得有5%,根本没法搞。


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1176764177
27天13时前 IP:北京
943336
引用虎哥发表于8楼的内容
用独立电桥或者定向耦合器,肯定会好得多得多,首先就是它可以用高电平驱动的无源混频器,不会出现高增益同

赶脚从测试端口到PCB再到器件介质3个阻抗不连续点叠加 S11要做到-20多还是很困难的。

不知道成品那种拼接方案是不是电桥S11做到300k-几十G都很好然后直接级联。

我这边一台铜山的VNA外置电桥模式1G以下就完全没有信号,并且rawdata明显看到1G有跳变,怀疑是直接电桥级联耦合器直接做4个接收机搞得。

至于那种薄膜电阻,以我做MMIC的经验他们fab都会给出一个非常离谱的误差,比如我的TFR电阻标称是+-10%精度,epi电阻标称+-23%

实际上量产出来好得很。

实际上陶瓷片上做GSG的SOLT TRL校准件已经是成熟工艺了,我曾经用IPD做过一套GSG校准件 load S11测出来优于-30db。

所以电阻精度不一定是问题。


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虎哥作者
27天7时前 IP:四川
943347
引用1176764177发表于9楼的内容
赶脚从测试端口到PCB再到器件介质3个阻抗不连续点叠加 S11要做到-20多还是很困难的。不知道成品

一般的做法是电桥和耦合器串联,耦合器始终在线,高频时用电子开关旁路电桥。

不过现在不等惠斯登电桥都可以做到几十G了,多数高频应用就一个电桥解决。

薄膜电阻实际做的结果就是误差很大(2~5%),一个片子上的产品还不一致。世界上当然有人能做准,只是他们接不接单的问题。


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1176764177
25天18时前 IP:北京
943371
引用虎哥发表于10楼的内容
一般的做法是电桥和耦合器串联,耦合器始终在线,高频时用电子开关旁路电桥。不过现在不等惠斯登电桥都可以

5%出来S11也是-30多了,目测那高频电桥花似乎在巴仑边上的吸波材料上。高频可能被吸波材料吃掉了很多所以带宽能拉爆。

如果是沉积的电阻靠近一些一致性应该会好很多。

不知道在IPD上用TFR做电桥再画一个高频1:1外面再级联一个钢线1:1能不能把带宽拉上去。

不过这种奇怪的结构没见过有谁做的。


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虎哥作者
25天15时前 IP:四川
943375
引用1176764177发表于11楼的内容
5%出来S11也是-30多了,目测那高频电桥花似乎在巴仑边上的吸波材料上。高频可能被吸波材料吃掉了很

吸波材料可以减少空间耦合,调试要靠在桥附近粘介质来调场分布,看起来还是比较麻烦的。

果然,最后会变成探讨电桥

由于板子改动太大,这芯片还要SPI控制,FPGA的管脚分布变了,看来FPGA固件没法跟低频的901通用了。


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weijueye186
22天9时前 IP:广东
943451

这颗芯片好像是21年发布的吧,印象中是,当时还是预发布状态就一直想买几个回来研究,也一直在申请官方的评估板。一直没结果,最后此项计划石沉大海。


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sccaobao
14天7时前 IP:中国
943573

项目中需要30KHz~26.5GHz的双端口模块化矢网。这个啥时候能出来,联系一下?


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虎哥作者
8天5时前 IP:四川
943774

板子做好了,为了便于布线,控制线路基本全部打乱了,FPGA还没改好。

主要翻车可能,是两个ADL5961之间隔离度不够。因为它们的本振是连接在同一个PLL上的(LMX2594),虽然各接了一个差分端口,但LMX2594的端口间隔离度在部分频段其实只有20dB水平,这就非常考验ADL5961的R-L隔离度、L-R隔离度、I-L/L-I隔离度,以及不能用上述隔离度表征的内部变频产物了,许多如此设计所关心的数据手册上并未提供。次要翻车可能是中频用变压器转了单端,而这部分手册不能提供任何支持。

至于其它部分,例如9k~30GHz的倍频信号源等,在901Q的成熟电路上改改就行了,除非粗心大意,翻车的可能性不大。

1.jpg


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虎哥作者
4天15时前 IP:四川
943874

这是ADL5961手册中给出的典型方向性。

image.png

今天FPGA基本上改好了,能够驱动起来,不过目前只能驱动到15GHz,让我们看一下实际的绝对方向性(无任何校准):

[II}(7@V`8U]_D{LHC]1(RH_tmb.jpg

可见趋势和手册接近,高频与手册相差不大。但低频显著劣于手册。

低频劣于手册的原因尚不清楚,因为低频几乎不存在布线等因素引起的劣化,它就应该完全表示芯片本身的特性。

这个定向性虽然达不到我们对901低频(7GHz以下)产品的最低要求,但在行业中还算是上游水准,甚至高于许多经济型台式仪器,应该有希望形成产品。

下一个不确定因素是端口间隔离度,这也是最担心的问题。这需要等屏蔽之类的东西做好才能测,可能要很长时间。


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irly01
4天13时前 IP:安徽
943877
引用虎哥发表于15楼的内容
板子做好了,为了便于布线,控制线路基本全部打乱了,FPGA还没改好。主要翻车可能,是两个ADL596

ADL5961的前面,放大器的后面,不加衰减器进行匹配的话,输出端口的PORT1和PORT2的原始源匹配应该很差吧。

PORT1和PORT2测量S11/S22时,测试口接开路件和短路件的差值应该有很大的纹波,虽然通过单端口校准可以解决这个问题。


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虎哥作者
4天3时前 修改于 1天2时前 IP:四川
943889
引用irly01发表于17楼的内容
ADL5961的前面,放大器的后面,不加衰减器进行匹配的话,输出端口的PORT1和PORT2的原始源

觉得SMT的衰减器在高频能做到多好吗,常用的也就是-15dB左右。

而ADL5961与此在同一水平。

放大器也不差,与此在同一水平。

大家都彼此彼此,加衰减损失输出功率,不会有明显获益。

image.png



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虎哥作者
1天2时前 IP:四川
944004

测了一下端口回损,说起来不算太好(比较懒,未校准,实际高频还会差一点)。15G以上还得优化。

过去多次遇到有人拿论坛发出来交流的研发中图片,质问正式产品。为了减少麻烦,中间测试细节会少发布一些。

20250512_224305.jpg


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