Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Stabilizacja i synteza częstotliwości

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103B-ELMSE-MSP-SSC
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Stabilizacja i synteza częstotliwości
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty techniczne )---EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Mikrosystemy i systemy elektroniczne-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Systemy elektroniczne i wbudowane-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane techniczne )--mgr.-EITI
Punkty ECTS i inne: 4.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

SSC

Numer wersji:

2

Skrócony opis:

Celem wykładu jest przedstawienie podstawowych problemów teoretycznych i praktycznych związanych z analizą, projektowaniem i pomiarami źródeł sygnału wielkiej częstotliwości o dużej stałości częstotliwości. Na wykładzie omawiane są metody modelowania generatorów i ich szumów fazowych. Przedstawione są podstawowe metody opisu szumów źródeł sygnału i podstawowe sposoby pomiaru szumów fazowych. Omówione są podstawowe metody stabilizacji częstotliwości: przez zwiększenie dobroci obwodu, wykorzystanie rezonatorów piezoceramicznych, wykorzystanie wzorców atomowych i przez synchronizację. Omówione są podstawowe układy, a także problemy analogowej syntezy częstotliwości bezpośredniej, pośredniej (PLL) oraz cyfrowej syntezy częstotliwości (DDS). W ramach laboratorium bada się rzeczywiste układy generatorów i syntezerów i ich podstawowe parametry.
Studenci wybierający ten przedmiot powinni posiadać podstawową wiedzę z teorii obwodów, teorii sygnałów oraz układów (...)

Pełny opis:

Celem wykładu jest przedstawienie podstawowych problemów teoretycznych
i praktycznych związanych z analizą, projektowaniem i pomiarami źródeł
sygnału wielkiej częstotliwości o dużej stałości częstotliwości. Na
wykładzie omawiane są metody modelowania generatorów i ich szumów
fazowych. Przedstawione są podstawowe metody opisu szumów źródeł
sygnału i podstawowe sposoby pomiaru szumów fazowych. Omówione są
podstawowe metody stabilizacji częstotliwości: przez zwiększenie
dobroci obwodu, wykorzystanie rezonatorów piezoceramicznych,
wykorzystanie wzorców atomowych i przez synchronizację. Omówione są
podstawowe układy, a także problemy analogowej syntezy
częstotliwości bezpośredniej, pośredniej (PLL) oraz cyfrowej syntezy
częstotliwości (DDS). W ramach laboratorium bada się rzeczywiste układy
generatorów i syntezerów i ich podstawowe parametry.

Studenci wybierający ten przedmiot powinni posiadać podstawową wiedzę z
teorii obwodów, teorii sygnałów oraz układów elektronicznych.

Treść wykładu
Wstęp (2h).

Przykłady zastosowań stabilnych źródeł częstotliwości, ogólne omówienie
przedmiotu, podstawowa definicja częstotliwości, metody matematyczne
wykorzystywane przy opisie szumów: transformata Fouriera, proces
stochastyczny, funkcja gęstości prawdopodobieństwa, funkcja
autokorelacji, wariancja i kowariancja, ergodyczność, twierdzenie
Parsival`a, pojęcie gęstości widmowej szumów, twierdzenie
Wienera-Chinczyna, metody opisu niestałości częstotliwości.


Szumy generatorów. (8h)

  • Opis i pomiary szumów fazowych

Fluktuacje fazy - definicje szumu fazowego, źródła szumów fazowych,
metody opisu szumów fazowych: częstotliwościowe widmo sygnału, gęstość
widmowa fluktuacji częstotliwości, gęstość widmowa fluktuacji fazy,
opis szumów w dziedzinie czasu - wariancja Allana.

Metody pomiaru szumów fazowych: analiza widma sygnału, detekcja
fluktuacji częstotliwości, detekcja fluktuacji fazy, pomiar w
dziedzinie czasu (jiter).

Fluktuacje amplitudy.

  • Modelowanie szumów w generatorze

Podstawy generacji - warunki generacji w rzeczywistym generatorze.

Model dwójnikowy van der Pola, szumy amplitudowe i częstotliwościowe w
generatorze dwójnikowym.

Model generatora dwójnikowego (Kurokawa).

Model generatora sprzężeniowego (Leeson).

Niestacjonarny model szumów generatora, funkcja czułości impulsowej
(ISF).


Metody stabilizacji częstotliwości. (10h)

  • Wpływ elementów generatora na stałość częstotliwości:

wpływ dobroci obwodu rezonansowego, wpływ elementu aktywnego, wpływ
elementów biernych generatora, wpływ obciążenia generatora - na stałość
częstotliwości.

  • Stabilizacja za pomocą obwodu o dużej dobroci:

stabilizowanie filtrem o fali akustycznej, stabilizacja za pomocą wnęki
rezonansowej, stabilizacja za pomocą rezonatora dielektrycznego,
stabilizacja za pomocą rezonatora kwarcowego.

  • Wtórne wzorce częstotliwości: generatory kwarcowe

właściwości różnych typów rezonatorów kwarcowych, podstawowe typy
generatorów kwarcowych, parametry szumowe generatorów kwarcowych.

  • Atomowe wzorce częstotliwości

zasada działania i budowa, rodzaje wzorców atomowych, parametry szumowe
wzorców atomowych.

  • Stabilizacja przez synchronizację

Synchronizacja bezpośrednia (przez wstrzykiwanie).

Synchronizacja w pętli sprzężenia fazowego (PLL).


Synteza częstotliwości. (10h)

Omówienie metod syntezy częstotliwości: synteza analogowa i
cyfrowa, synteza bezpośrednia i pośrednia, synteza ułamkowa.

  • Synteza analogowa

Synteza bezpośrednia:

Zasada działania, właściwości, projektowanie, przykłady.

Operacje w syntezie bezpośredniej: sumowanie częstotliwości, powielanie
i dzielenie częstotliwości - układy dzielników częstotliwości, wpływ
dzielenia na szumy fazowe, układy powielaczy częstotliwości, wpływ
powielania na szumy fazowe.

  • Synteza pośrednia:

Układ pętli fazowej jako syntezer częstotliwości - wpływ powielania i
sumowania w pętli fazowej na szumy fazowe i szybkość działania
(przestrajania) syntezera.

Synteza ułamkowa: zasada działania, realizacje układowe.

  • Synteza cyfrowa

Modele syntezera cyfrowego.

Metody zmniejszanie rozmiarów cyfrowego przetwornika kąt-amplituda.

Wpływ ograniczeń układowych na czystość widmową syntezera.

  • Synteza mieszana

Syntezery złożone, cyfrowa pętla PLL, rozwiązania układowe syntezerów
mieszanych.


Zakres laboratorium
C1 Pomiary podstawowych parametrów generatorów w zakresie mikrofalowym.

  • pomiar mocy i częstotliwości i wrażliwości na napięcia zasilania,

  • automatyczny pomiar charakterystyk przestrajania VCO,

  • pomiar widma za pomocą analizatora, pomiar charakterystyki
    modulacji VCO.



C2 Badanie właściwości pętli synchronizacji fazowej

  • pomiary charakterystyki statycznej pętli PLL,

  • badanie charakterystyki błędu pętli UDF(f) w funkcji
    częstotliwości,

  • pomiary charakterystyki dynamicznej pętli PLL i jej wpływu na
    widmo wyjściowe,

  • pomiary widma syntezera.



C3 Badanie układu syntezy bezpośredniej DDS (QUALCOM).

  • obserwacje oscyloskopowe napięć w różnych punktach układu,

  • badanie wpływu filtru antyaliasingowego,

  • badanie widma wyjściowego przy różnych nastawach częstotliwości,

  • demonstracja możliwości stosowania różnych rodzajów modulacji
    sygnału.



C4 Pomiary szumów fazowych i czystości widmowej różnych źródeł sygnału.

  • pomiary i porównanie szumów fazowych i widma różnych źródeł
    sygnału:

  • generatora LC,

  • generatora DRO,

  • generatora kwarcowego

  • i syntezerów PLL.

Literatura:


    1. Robins, Phase noise in signal sources, IEE Telecommunications
      series 9, 1984.

    2. Galwas: Mikrofalowe generatory i wzmacniacze tranzystorowe, WKŁ
      1991.

    3. Blanchard: Phase Locked Loops, Willey 1987.

    4. Manasevitch: Frequency synthesizers, Wiley 1976 .

    5. Egan: Phase Lock Basics, Wiley 1999.

    6. Egan: Frequency synthesis by phase lock, Wiley 2000.

    7. Rhode: Digital PLL frequency synthesizers, Prentice Hall 1983

    8. Goldberg: Digital frequency synthesis demystified, FFH, 2000,

    9. Antoszkiewicz: Synteza i stabilizacja częstotliwości, skrypt w
      opracowaniu.

Metody i kryteria oceniania:

Do uzyskania 100 pkt:

kolokwium końcowe 60 pkt

laboratorium 40 pkt

Do zaliczenia potrzeba minimum 51 pkt.

Tabela ocen:


pkt <51 ocena="">

pkt 51-60 ocena 3

pkt 61-70 ocena 3,5

pkt 71-80 ocena 4

pkt 81-90 ocena 4,5

pkt 91-100 ocena 5

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2023/2024 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2023-10-01 - 2024-02-18
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Bartosz Gąsowski
Prowadzący grup: Bartosz Gąsowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2021/2022 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2021-10-01 - 2022-02-22
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Bartosz Gąsowski
Prowadzący grup: Bartosz Gąsowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2020/2021 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-19
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Bartosz Gąsowski
Prowadzący grup: Bartosz Gąsowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2019/2020 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-21
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Bartosz Gąsowski
Prowadzący grup: (brak danych)
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.
pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa tel: (22) 234 7211 https://pw.edu.pl kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.0.0-7 (2024-03-18)