Добрый день. Применяю звуковую карту E-MU 1212m PCI V2. Для переноса спектра ВЧ сигналов применяется смеситель с надлежащими характеристиками. Товарищ в Москве применял такую методику измерения фазовых шумов до 9 ГГц. Применяю самодельные смесители на "ключах", по ссылке одна из схем
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...ll=1#post797875
На ВЧ вход смесителя подаётся исследуемый сигнал. Гетеродин как правило кварцевый с частотой +/- 10-50 кГц выше или ниже частоты ВЧ сигнала. НЧ сигнал с выхода смесителя подаётся на вход звуковой карты. В данной модели звуковой карты парафазный вход. Установлена программа спектрального анализа Oscillometr. Это единственная из известных мне программ для звуковых карт где есть функции измерения фазовых и амплитудных шумов измеряемого сигнала. Программа бесплатно работает 15 секунд, чего достаточно для 99 случаев применения. Файлы в архиве прикреплены к сообщению. По ссылке сравнение измерения ФШ одних и тех же генераторов по методике "звуковая карта" и Agilent E5052B.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...ll=1#post799093
Предельные возможности для данной звуковой карты и методики
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...l=1#post1443396
По применению звуковой карты для измерениям фазовых шумов и IMD3 искажений "много" сообщений в теме "что может звуковая карта".
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5...ll=1#post831362
Как любителю мне удобно для настройки генераторов применять методику "звуковая карта", профи приборов за 150 тыс. $ не доступны. Если будут вопросы постараюсь ответить. Во втором файле программа для перезапуска анализатора спектра.
 oscillometerxz.rar ( 911.61 килобайт ) Кол-во скачиваний: 10

 Shmelev.rar ( 288.94 килобайт ) Кол-во скачиваний: 12

Последний писк гетеродиностроения Si5351. Зато можно на одном чипе за доллар и ГУН и второй гетеродин слепить
https://nt7s.com/2014/12/si5351a-investigations-part-8/
Это при трактах, которые спокойно дают за 100дБ динамики. Или китайские AD9851 по 3 бакса с Али - дешевле чем в 1000-х партиях с АД. В лучшем случае честные AD9834. Потом - да есть свистелки и пищалки, но зато частота стоит.
ГУН по этой схеме - с двумя контурами установили в AR-7030, но у народа на цкухаме есть сомнения в правильности идеи.

это не два контура, а один, кмк. Индуктивность контура образуется суммой индуктивностей двух отдельных катушек а резонансная емкость образуется последовательным соединением двух переменных конденсаторов. Точка между конденсаторами явно заземлена (видимо конструкция воздушных КПЕ этому способствует). Точка между индуктивностями , не имеющая блокировочного конденсатора, условно (не совсем строго) имеет 0 АС напряжения и весь ток контура. Эквивалентом этой схемы можно считать такую.

для оригинала, по сравнению с одиночным контуром, в 2 раза больше ро и всё. Не?
Но обнаружение некоторых странностей в шумах можно объяснить наличием нестабильного запаса по усилению в петле ПОС в оригинальной схеме. При не совсем идеальном согласовании секций переменных емкостей псевдодифференциальное снятие сигнала ОС с "расчленённого контура" может снижать в какой то точке усиление в петле и улучшать шумы. И срыв генерации может оказаться где-то рядом

Сообщение отредактировал тау - Mar 24 2018, 18:48

Вот, ещё интересное решение – суммирование резонаторов в разных плоскостях и опять оригинальное ограничение (re: Fig.5 ALC symmetrical limiter):

 Multi_Crystal_Driscoll_1992.pdf ( 507.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 33


Спасибо, буду разбираться на досуге. Пока один вопрос по самой концепции – это одноканальная система (классический спектроанализатор) или двухканальная с кросс-корреляцией?


Да, очень интересно.


Вообще, хотелось бы что-то типа такого (концепция):

 Concept.pdf ( 209.68 килобайт ) Кол-во скачиваний: 68

Концепция простая – два независимых канала и кросс-корреляционная обработка (стандартная математическая операция). Входной сигнал и его шумы складываются когерентно, а шумы независимых СЧ некогерентно. Т.е. имеем небольшой выигрыш. А далее запускаем накопление (последовательные измерения). В результате собственные шумы СЧ и АЦП будут сильно подавлены (ограничиваются развязкой между каналами и кол-вом корреляций). Собственно, так работают и E5052, и остальные крутые измерители, ничего там такого нет (кроме цены). Может, возьмемся вместе такой прибор сделать для всех из “копеечных” компонентов? С моей колокольни HW-часть выглядит, ну очень просто. Но нужен толковый программист, чтобы набрать всю цифровую обработку, интерфейс и т.д. Было бы интересно запустить такой совместный проект на электрониксе. Найдутся желающие, или каждый сам по себе?


Да всего делов-то короткие 50-омные линии и грамотная (вот это не все понимают!) организация земли. Правда, измериловка очень дорогая...

Сообщение отредактировал Chenakin - Mar 25 2018, 04:07

Спектры фазовых шумов и сигналов по ссылкам ранее - это "классический" одноканальный анализатор спектра. В программе "Осциллометр" есть функция кросскорреляции. В случае кросскорреляции сигнал подаётся на два одинаковых смесителя, гетеродин общий. НЧ сигналы с выхода смесителей подаются на два канала звуковой карты. В результате соотношение сигнал/шум увеличивается на 3-4 дБ. Ранее записывал файл 60 секунд и отправлял товарищу который в Маткаде написал кросс корреляционную обработку, соотношение увеличивалось на 7 дБ. Такая методика -пост обработки мне показалась не удобной.

Личный опыт. Пост обработка в Макаде не "прижилась", когда результаты настройки генератора видны "мгновенно", то это много полезней (личное мнение) чем выигрыш 7 дБ. Для каких то применений, можно два канала звуковой картой часами записывать и отсылать кому либо для обработки, но это редко такая необходимость. Для расширения возможностей, прежде всего большая полоса, приобретал вместе с товарищем два модуля с АЦП LTC2208 16 разрядов, 125 МГц. Соответственно "толкового программиста" написать удобную программу реального времени не нашлось.
Со звуковой картой "концепция" реализовывалась и "разачаровывалась", нужна удобная программа.

Сообщение отредактировал vhk - Mar 25 2018, 06:51

КМК, в зависимости от конечных требований концепция может потребовать изменений. Надо определиться, как минимум, какой интересует диапазон частот, какие хочется параметры по ДД, времени замера, полосы анализа, какие источники сигнала нужно обмерять (для freerunning генераторов могут быть нюансы). Концепт оставляет много нюансов "за кадром", которые могут быть реализованы по-разному.

Мне нравится идея реализованная в Microsemi 5125 https://www.microsemi.com/product-directory...ters/4129-5125a . Там насколько я знаю четыре канала АЦП и кросскорреляция, за счет четырех АЦП можно устранить влияние тактового генератора АЦП и связанных с ним цепей, остается шум АЦП который давится кросскорреляцией.


С этим проблем особых нет, но нужно еще знание элементной базы используемой на этих частотах, микрополосковых структур (и где, какие и когда оптимально использовать), ну и просто опыт тоже не помешает...


ОК. Вот структурная схема "измерителя":


В качестве Ref генераторов используются VCXO собранные на небуферизированной логике (у меня используется несколько маленьких платок с возможностью оперативно поменять кварцы в них).
Смеситель на ADE-1+ (смеситель ограничивает ДД измерителя сверху, что-то более высокого уровня было бы однозначно лучше), далее следует LNA на AD797 (шум LNA определяет ДД снизу), Ку LNA переключается 20/40дБ:


Интегратор в цепи ФАПЧ собран на TL071, перед интегратором добавлен масштабирующий усилитель, с ним удобнее управлять параметрами ФАПЧ:

Звуковая карта E-MU0202 USB - не рекордсмен по параметрам, но при таком методе измерений можно обойтись достаточно скромной ЗК.

Софт. Я использую два варианта:
1. Классический SpectraPLUS (этот софт платный), удобен тем, что позволяет отображать, запоминать и сравнивать несколько графиков. Имеет "особенности" по части отображения спектра, потому при его использовании всегда нужно замерять уровни маркерами. В предыдущем сообщении Вы видели результат полученный на ней.
2. Программа SpectraLAB от DL4YHF ( http://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html ) Программа бесплатная, позволяет делать почти все то же, что и SpectraPLUS, имеет возможность использовать макросы, что иногда помогает в измерениях (например, при прямом замере бокового шума, без ФАПЧ). Из недостатков можно запомнить/отобразить только один график, менее удобное масштабирование, несколько убогое отображение сетки в логарифмическом масштабе, меньший выбор БПФ окон, зато есть более интересные окна (правда не для этих задач ).

Отмечу один момент - для универсального измерителя обязательно нужен изолирующий усилитель между DUT и "измерителем", но у меня DUT всегда имеет свой буфер с достаточно хорошей развязкой (если развязка будет недостаточная, то произойдет прямой захват частоты и результаты измерения окажутся неправильными).

Как это все калибруется:

Вначале переключаю LNA (AD797 перед звуковухой) на усиление 20дБ, отключаю ФАПЧ, расстраиваю генераторы чтобы можно было наблюдать биения. Внешними аттенюаторами и регулятором на звуковухе устанавливаю уровни сигналов на входе смесителя так, чтобы амплитуда биений была немного меньше полной шкалы (ПШ) звуковухи.

Далее все делается программно - ставлю Flattop окно с небольшим кол-вом точек - 4096:
1. Проверяю, чтобы гармоники были минимум на 30дБ ниже от основного тона, если они выше, то ослабляю входной сигнал аттенюатором.
2. "Сдвигаю" вертикальную шкалу анализатора, чтобы уровень основного тона биений был -34.75дБ в случае измерения разных генераторов/источников сигнала, когда один из сигналов принимается за эталонный (если исследуемый сигнал более, чем на 10дБ шумнее эталонного генератора, то последующая коррекция будет не нужна, если нет, то мы намеряем бОльшие шумы, но можно произвести коррекцию после измерений при необходимости). Если генераторы одинаковые, то в предположении одинаковых шумов, устанавливаем уровень биений -37.75дБ:



Все, переключаю LNA на 40дБ усиления, замыкаю петлю ФАПЧ, переключаю окно Flattop -196дБ/размер БПФ на 65536, жду захвата (захват видно на спектре, но проверить можно мультиметром, измеряя напряжение на выходе LNA, в состоянии захвата оно равно 0, иногда интегратору нужно немного "помочь") и меряю шумы. Вот пример замера того же синтезатора, что и выше но рограммой SpectraLAB :




Кнопочки с результатами замеров (обведенные красным) это демонстрация работы макросов - на каждую кнопку назначен свой макрос, который показывает уровень шума на стандартной отстройке - очень удобная фишка в этой программе.

Откуда такие цифры при калибровке:
-8.75дБ это коррекция полосы пропускания БПФ (окно Flattop -196дБ/ 65536точек и 96кГц частота, эквивалентная шумовая полоса 7.49Гц) в пересчете к 1Гц.
-20дБ это разница в Ку малошумящего усилителя при калибровке и измерении (при калибровке усиление устанавливаю на 20дБ ниже).
-6дБ стандартная коррекция для этого метода измерений (выводится из факта, что Kphi будет равен амплитуде сигнала биений, если его форма синусоида, именно из-за последнего момента нужно контролировать уровень гармоник - если гармоники на 30дБ ниже сигнала, то у нас на выходе смесителя будет достаточно "правильная" синусоида, если смеситель перегружен, то синусоиды не будет и калибровка будет не правильная).
Еще -3дБ, если обмеряем одинаковые генераторы.

P.S. Знаю, что LNA, как и смеситель далеки от идеальных для данного применения, но с тем, что имеется шумовой пол измерителя находится ниже -165дБн/Гц, что меня вполне устраивает, потому все так, как есть .


Ох как много нюансов (выделил жирным)... 3дБ получается достаточно легко, если просто сложить два канала ЗК, а вот далее, общий гетеродин не получится вычистить кросскорреляцией (нужно два отдельных, залоченных друг за друга петлей с очень маленькой полосой, или два залоченных за входной сигнал, в таком варианте, как у меня), два канала ЗК думаю тоже имеют нюансы с "продавливанием" шума кросскорреляцией - АЦП на одном кристалле, с общей опорой, с общим клоком (хотя в случае звуковухи влияние клока ничтожно), в итоге много шума будет коррелированого.

Сообщение отредактировал Шаманъ - Mar 25 2018, 09:01

Взаимное проникновение из канала в канал -120 дБ, по тех. характеристикам. С общим генератором кросс корреляция "улучшала" ДД на 7 дБ с пост обработкой. Хотел применить две разные звуковые карты, но одна из карт версии V1 имеет на 10 дБ большие шумы.
P. S.
Делать два отдельных синтезатора, синхронизировать ФАПЧ и прочее много более сложное чем общий генератор, в обстоятельствах когда нет программы для обработки нет смысла. Личное мнение.

Сообщение отредактировал vhk - Mar 25 2018, 09:31

А как можно ( если возможно) Si5351 в режиме free run проверить, чтобы узнать собственные фазовые шумы ее синтезатора? У нее все цепи ОС ФАПЧ внутри спрятаны, даже конденсатор фильтра к земле не притянуть. Травить корпус и резать FIB-ом дорожки на кристалле? Ну и дурацкое ограничение по опорной частоте 27 или 25 МГц только по даташиту, хотя и на других частотах она работает.

А теперь практический вопрос- как наиболее правильно привязать кварц Si5351 к опорной частоте 10 МГц? К сожалению поделки на базе Si5351 имеют право на жизнь в сегменте low end синтезаторостроения, а качество и точность кристаллов опорных так себе. Частота 27 мгц широко применяется в цифровом телевидении и есть много VCXO генераторов. Хотелось бы применить опору VCXO с Si5351 и построить простенькую петлю ФАПЧ на внешнюю 10 МГц, возможно используя один из 3 выходов Si5351 в качестве тракта ФАПЧ опорной частоты, например используя фичу clock fanout. Как наиболее просто построить целочисленную петлю 27 и 10 МГц?
Петля с опорой 25 мгц конечно намного проще получается, но VCXO 25 МГц менее распространены.


Ну вообще то то эта концепция как раз реализована в измерителях ФШ Holzworth типа того же HA7062C . Но поскольку зеленое земноводное давит, то есть очень хорошее начальное решение у радиолюбителей на базе вот этой самоделки из китайских модулей http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?3...9-%F1-%C0%EB%E8
Существует ее вариант с двумя каналами АЦП ( привет кросскорреляции) и петлю цифровой АПЧ можно замкнуть с помощью ТХ канала, чтобы измерять ФШ "ползущих" по частоте во время измерений источников.
В плане дизайна FPGA немного требует доработки разрядность CORDIC т.к она маловата для целей измерения ФШ, да и АЦП надо менять на большую разрядность. Т. к полоса измерений ФШ для меня достаточна до 1 МГц, то АЦП были заменены на AD7986 ( 18bit 2 Msps) c последовательной шиной. Было желание использовать AD7960 но у него хитрый интерфейс, так с лету на 4 циклоне не заработало. Возможно сейчас следует применять AD4003 или AD4020 - у них шумы и полоса лучше.
Ну и еще надо подумать о софте для обработки и регистрации спектров ФШ. К сожалению софт от SDR приемников в качестве средства измерения ФШ подходит слабо. Было бы неплохо найти что то опенсоурсоное.

Посмотрел на свои замеры и понял где-то проблема - нашел электролит в БП (который питает LNA и измерительную ФАПЧ), теперь все в порядке (замер СЧ на 7МГц):


Шумовой пол измерителя (без учета шума измерительного VCXO):



Это не то, о чем я говорю, я про взаимную корреляцию шумов двух каналов АЦП звуковой карты.


Естественно, весь вопрос, что получаем в результате.


И...ничего не выйдет без дополнительного железа, ибо на той плате клок у двух АЦП общий, соответственно вся грязь от него будет коррелирована.


В плане дизайна ПЛИС, почти все Гермосоподобное лучше просто выкинуть (разве что то, что касается Ethernet оставить, и то я бы прибор по USB подключил - меньше проблем). Если хочется полностью цифровую измерялку, то смотрите как сделано у Microsemi - потребуются четыре канала АЦП и ПЛИС, АЦП могут быть с общим клоком, притом его качество не сильно влияет на работу всей системы в целом, ах ну и опорный генератор, который может быть внешний.

Сообщение отредактировал Шаманъ - Mar 25 2018, 11:08

Поставить два опорных генератора никакая религия не запрещает, свободные ножки есть, внутренняя ФАПЧ плис не используется, в приложениях измерения ФШ она зло. Вот как засинхронизировать два генератора чтобы не нарваться на биения разностных частот? Один ведомый и один ведущий со своей ФАПЧ или оба ведомых VCXO c привязкой к 10 мгц?
Дело в том, что с ростом частоты ФД в синтезаторах полосы звуковой карты стало катастрофически не хватать ( полочка ФШ тянется до Мгц), поэтому надо придумывать новую измериловку.
Эзернет все таки лучше оставить, он по сравнению с USB меньше шумит из за гальванической изоляции, если правильно разведен.

Имелось ввиду кросскорреляция квадратурных каналов как у родешварца или что то другое?
https://www.rohde-schwarz.com/id/applicatio...279-231872.html
Боюсь что 4 канала по ресурсам в ПЛИС не влезут. Разве что делать по 2 независимых канала на на одной ПЛИС на 2 платах а потом кросс-корреляцию в софте считать в компьютере.
ЗЫ. Вот эту штуку от Berkeley Nucleonics https://www.berkeleynucleonics.com/phase-noise-testers кто-нибудь щупал?

Масштаб частоты и фазы задает внешний опорный сигнал, а кросспектральная обработка действует только на собственные шумы приемника. Они там немаленькие. Померить весь спектр MOXO-100 мне не удавалось из-за этой особенности. Прибор лучше подходит для низкочастотных кварцев. Особенно понравилось дикое разрешение по частоте (миллигерцы и меньше), чтобы отследить температурные эффекты и прочую дребедень.

Ну Вы чувствуете масштабы колхоза? Вторая опора, ФАПЧ, и желательно, чтобы всякий мусор на это дело не наводился - просится нормальная плата и смысл что-то готовое покупать на али, притом по весьма негуманной цене как бы и пропадает.


Есть такое дело - у меня тоже стало не хватать.


USB если сделано нормально тоже особо не шумит (картинки, что я выше выкладывал сделаны USB картой, еще один USB интерфейс подключен к макету синтезатора), во многом это вопрос "религии" и доступных ресурсов в ПЛИС, а также требуемой ширины канала.


Нет, там другое. Разностный замер фазы, потом кросскорреляция. У них на сайте были раньше статьи с объяснением как оно работает.


Скорее всего у циклонов в EQFP144 просто не хватит ног на 4ре АЦП. Я недавно плату рисовал на SDR модуль с двумя АЦП, ноги у 4-го циклона в EQFP144 разошлись все.


Кросскорреляцию на ПЛИС нет смысла считать - ресурсов потребуется очень много. Более того нет особого смысла делать все с непрерывной обработкой, за счет этого можно здорово снизить требования к вычислительным ресурсам ПЛИС, я бы в рамках упрощения обработку в ПЛИС делал минимальную, переложив "все тяготы" на плечи ПК.

Кстати о софте SpectrumLAB от DL4YHF умеет получать данные по ExtIO, т.е. к нему можно прикрутить свой "оцифровщик", по крайней мере в теории, и он умеет делать кросскорреляцию, правда непонятно как она там сделана, и, как я понял, спектр обрабатывается целиком, что несколько неудобно под обсуждаемые задачи, да и сама программа не под измерение ФШ заточена, но с другой стороны это готовый софт... Поэкспериментировал, что-то не допилено там и эта функция увы не работает.

Для меня в подобном приборе самый "тонкий" момент это СЧ. Если он будет шумный, то измерения потребуют очень много времени, а сделать малошумящий это целый отдельный проект...короче внешние VCXO опоры самый гуманный вариант для бюджетного измерения ФШ


У прибора хороший мануал - можно понять некоторые подробности из того как он устроен и как устроен его софт.


А не в курсе, они наверное используют АЦП не только в первой зоне Найквиста? Или там 1ГГц АЦП стоят (как-то сомневаюсь).

Сообщение отредактировал Шаманъ - Mar 25 2018, 15:46

Понравилось чутье. Быстро измерил шум MOXO-100 (где-то тут я картинку выкладывал). Есть расхождение с нашим E5052B в плане пониженных показаний на 4 дБ на отстройках выше 10 кГц.
Софт сыроват.


Когда ремонтировал его, дальше встроенного синтезатора не полез.

для любительского варианта кросскорреляционного измерителя ФШ, имхо, можно обойтись двумя АЦП и двумя смесителями. Для этого сэмплы брать не на нулевой ПЧ, а, например, для пч=10 МГц. Fs взять на мег ~50 . Если ПЧ не нулевая , то квадратуры с каждого канала АЦП делаются в цифре, причем для узкополосных сигналов такие квадратуры почти идеальны, имхо идеальнее чем в аналоговом варианте получения квадратур на нулевой ПЧ. Далее квадратуры переносятся в 0 уже в ПиСи компе и обсчитывается кросскорреляция. Для фэншуйности добавить внеполосной аналоговый шумок перед АЦП (или обойтись дозированным шумком синтезаторов ЛО) .Ограничиться полосой например 1-2 МГц для отстроек и антиалиасного фильтра.
Khach, какие видите недостатки из предложенного?

Мне сейчас не до шумов в автогенераторах, поскольку неактуально, в 100 раз важнее обеспечить устойчивость петли ару, т.к мой чертов " автогенератор" склонен дурить с разной амплитудой, собственно почему меня и заинтересовал разговор по петлям ПОС.

В этом случае мы обречены на 16 битовые АЦП. При параллельной шине они еще шумы с интерфейса наберут, а в LVDS варианте получается уже малобюждетно. Т,е все что ниже теоретических 96 дбс надо вытягивать в цифре. В варианте с AD4020 имеем реальных 90 дб динамики прямо с ацп при полосе 900 кгц. Шина SPI- мало ножек FPGA требуется, возможно даже квадратурный коррелятор с 4 АЦП получится реализовать.
В варианте с USB были планы взять китайский USB осциллограф, сдуть оригинальный 8 битный АЦП и поставить макетом два 18-20 разрядных АЦП. Ну и конечно переписать фирмварь USB контроллера и ПЛИС.
Взять что то типа Hantek6074BD. Там спартан-6 в качестве ПЛИС применен и ципрессовский USB HS.

На самом деле ищестя компромисс по цене- полосе-динамике. Очень бы пригодился универсальный софт который можно конфигурить хоть под звуковую карту, хоть под плату с FGPA, хоть под фирменный анализатор спектра. А то приходится держать зоопарк программ. Для быстрых измерений достаточно шумных источников в широкой полосе пользуюсь PN.EXE авторства ke5fx http://www.ke5fx.com/gpib/readme.htm
Приходистя специально охотится за старыми анализаторами, которые совместимы с этой прогой.