АЦП 120 МГц, Появление паразитной гармоники Опции

[Гяук]

Здраввуйте!

Значит такая проблема. Есть АЦП (AD9430). Был тактовый генератор от Cardinal Components (куплен в БМГ+). У генератора был высокий джиттер - решили поменять.
Поменяли - система тактирования стала состоять из генератора синуса от того же БМГ+ и компаратора ADCMP553. Джиттер пропал - хорошо, но...
В спектре сигнала с выхода АЦП появилась какая-то паразитная гармоника, отстоящая от Fd/2 (половины частоты дискретизации) на ту же частоту, какую имеет подаваемый гармонический сигнал. (рисунок прикреплен).

С прежним высокоджиттерным тактовым генератором таких ужасов не наблюдалось.

Такты на АЦП подаются дифференциальными PECLовскими уровнями, причем смена полярности уровней приводит к увеличению уровня паразитной гармоники до 40 дБ.

Может быть кто сталкивался с подобной проблемой? Подскажите, кто виноват и что делать...

[blackfin]

Надо бы триггер на выходе компаратора поставить, дабы сважность клока равнялась в точности двум.

Частота на входе триггера должна быть, ессно в два раза выше.

Вроде вот этого: MC100LVEL32.

[kiss]

Думаю, что может быть виновата одна из гармоник на выходе генератора от БМГ+. На частоту 120 МГц у них скорее всего нет кварцев первой гармоники, а все остальные решения заведомо обладают значительно менее "чистым" выходным сигналом, в чем несложно убедиться с помощью анализатора спектра. Предыдущий генератор с высоким джиттером этой гармоники вероятно не имел.

Интересно, что на приведенном рисунке нет гармоник генератора входного сигнала - у меня так никогда не получается, даже с хорошими генераторами.

[Гяук]

Всем ответившим спасибо! Теперь по-очереди:

А на половине частоты дискретизации есть что?

Есть. Гармоника ровно на половине Fd около 60 Дб от основной сигнальной.

Может быть слишком крутые фронты с компаратора? ВЧ пролазит куда ненадо. Добавить небольшое R последовательно в линии клока, ну и на крайний случай еще и конденсатор на десяток пик прилепить- завалить фронты.
PS.Надеюсь, клок дифференциальный? Можно еще поставить симметрирующий трансформатор- после него кросспоинт обычно точно по середине и компоненты более 2 ГГц на АЦП непролазят- феррит режет.

С компаратора (а также с разветвителя, стоящего за ним - далее подробнее) выходят PECL уровни. Терминацию производил согласно SLLA120, то есть со стороны компаратора pull-down резисторы 150 Ом, со стороны АЦП - последовательно конденсаторы 0,1 мкФ, pull-up резисторы встроены в АЦП согласно datasheet на него. Трансформатор ставил - никакого результата.

Надо бы триггер на выходе компаратора поставить, дабы сважность клока равнялась в точности двум.
Частота на входе триггера должна быть, ессно в два раза выше.

На выходе компаратора стоит разветвитель cdcm1804 от TI - после включения его делителя становится все гораздо лучше, но я склонен считать, что это не из-за скважности - клоки смотрел оциллографом - визуально duty cycle очень близок к 50%.

Думаю, что может быть виновата одна из гармоник на выходе генератора от БМГ+. На частоту 120 МГц у них скорее всего нет кварцев первой гармоники, а все остальные решения заведомо обладают значительно менее "чистым" выходным сигналом, в чем несложно убедиться с помощью анализатора спектра. Предыдущий генератор с высоким джиттером этой гармоники вероятно не имел.

Тут я согласный - но встречный вопрос - как с этим бороться - опять же после генератора стоит компаратор, который по идее субгармоники должен убирать (или я не прав?)

Интересно, что на приведенном рисунке нет гармоник генератора входного сигнала - у меня так никогда не получается, даже с хорошими генераторами.

Ну... Тут я немножечко того..
На рисунке показан уже результат обработки (формирование квадратур, фильтрация, децимация), которая производится в ПЛИС после АЦП. Без обработки я могу принять только 12к отсчетов и там есть все, в том числе гармоники сигнального генератора, но вот эту паразитку от тактового генератора практически не видно

[rloc]

Думаю, что может быть виновата одна из гармоник на выходе генератора от БМГ+. На частоту 120 МГц у них скорее всего нет кварцев первой гармоники, а все остальные решения заведомо обладают значительно менее "чистым" выходным сигналом, в чем несложно убедиться с помощью анализатора спектра. Предыдущий генератор с высоким джиттером этой гармоники вероятно не имел.

Тут я согласный - но встречный вопрос - как с этим бороться - опять же после генератора стоит компаратор, который по идее субгармоники должен убирать (или я не прав?)

Я согласен с kiss, редко когда кварцевые генераторы делают без умножения частоты на частоты более 100МГц, очень сильно увеличиваются шумы. Скорее всего внутри этого БМГ стоит генератор на 60МГц и умножитель на 2. Компаратор никаких субгармоник не уберет, ставьте до компаратора полосовой фильтр на 120МГц, чтобы подавить 60МГц, 60x3, 60x5 и т.д..

Сообщение отредактировал rloc - Sep 20 2007, 14:22

[yuri_d]

Я согласен с kiss, редко когда кварцевые генераторы делают без умножения частоты на частоты более 100МГц, очень сильно увеличиваются шумы. Скорее всего внутри этого БМГ стоит генератор на 60МГц и умножитель на 2. Компаратор никаких субгармоник не уберет, ставьте до компаратора полосовой фильтр на 120МГц, чтобы подавить 60МГц, 60x3, 60x5 и т.д..

Обычно кварцевые генераторы на гармониках используют нечетные гармоники 3, 5, 7, итд. Не встречал не одной схемы с четной гармоникой. Поэтому генератор скорее всего имеет кварцевый резонатор на 24 МГц и использует 5-ю гармонику, но возможны и варианты 17.14 МГц с 7-й гармоникой и 10.91 МГц с 11-й. Как сделано на самом деле легко понять имея хороший анализатор спектра.

Для генератора на 11-й гармоники будем иметь клыки через каждые 22 МГц. В итоге полосовой фильтр лучше делать поуже.

[rloc]

Обычно кварцевые генераторы на гармониках используют нечетные гармоники 3, 5, 7, итд. Не встречал не одной схемы с четной гармоникой. Поэтому генератор скорее всего имеет кварцевый резонатор на 24 МГц и использует 5-ю гармонику, но возможны и варианты 17.14 МГц с 7-й гармоникой и 10.91 МГц с 11-й. Как сделано на самом деле легко понять имея хороший анализатор спектра.

Для генератора на 11-й гармоники будем иметь клыки через каждые 22 МГц. В итоге полосовой фильтр лучше делать поуже.

Не путайте механические гармоники и умножение частоты (электрические гармоники). 24, 17.14 и более низкие частоты врятли используются, иначе шумы плохие получатся. По этой причине для генерации гиговых частот берут для умножения генераторы на частоты ~100МГц (5 или 7 механические гармоники, выходной сигнал - основная, первая электрическая гармоника).

Надо бы триггер на выходе компаратора поставить, дабы сважность клока равнялась в точности двум.
Частота на входе триггера должна быть, ессно в два раза выше.

Совет, похоже, правильный.
Только лучше порогом компаратора рулить. Для этого нужно добавить ОС по НЧ. В простейшем случае - примерно вот так:

В более продвинутом варианте вместо RC-цепи в ОС ставится интегратор на ОУ.
Преимущества: не нужен дорогой и жручий триггер, а также генератор на удвоенную частоту.

Скважность здесь не причем, и не надо изобретать хитроумных схем с обратной связью, еще шумы генератора убьете.

[yuri_d]

Не путайте механические гармоники и умножение частоты (электрические гармоники). 24, 17.14 и более низкие частоты врятли используются, иначе шумы плохие получатся. По этой причине для генерации гиговых частот берут для умножения генераторы на частоты ~100МГц (5 или 7 механические гармоники, выходной сигнал - основная, первая электрическая гармоника).

Наверно мы говорим об одном и томже: нечетная механическая гармоника кварцевого резонатора и основная электрическая на выход. Класическая схема на дискретных элементах тридцатилетней давности использовала транзистор с обвязкой, резонатор и LC-контур, настроенный на нужную гармонику, в коллекторе. Из такой схемы как раз и получается синусоидальный сигнал, о котором упоминал автор темы.

Красивого способа удвоить частоту синусоидальный сигнал нет. И вряд ли авторы генератора использовали удвоение, если можно сделать значительно более простой генератор, например, с утроением.

На высокие частоты сейчас проще использовать генераторы на ПАВ. Например у Epson резонаторы NS-32R имеют диапазон от 312 до 1000 МГц (fundamental mode).

Проблема 60 МГц может иметь другое происхождение. Подозреваю, что ПЛИС обработки сигнала использует этот же генератор для тактирования внутренней логики. В результате она может порождать электромагнитную помеху на частотах, которые кратны тактовой частоте. Простейший пример счетный триггер (делитель на 2) даст меандр с частотой 60 МГц. А дальше наводка либо по питанию, либо по эфиру.

Сообщение отредактировал yuri_d - Sep 20 2007, 21:40

[rloc]

Наверно мы говорим об одном и томже: нечетная механическая гармоника кварцевого резонатора и основная электрическая на выход. Класическая схема на дискретных элементах тридцатилетней давности использовала транзистор с обвязкой, резонатор и LC-контур, настроенный на нужную гармонику, в коллекторе. Из такой схемы как раз и получается синусоидальный сигнал, о котором упоминал автор темы.
Красивого способа удвоить частоту синусоидальный сигнал нет. И вряд ли авторы генератора использовали удвоение, если можно сделать значительно более простой генератор, например, с утроением.

Вы заблуждаетесь, ничего легче чем удвоить нет, классический пример - двухполупериодный выпрямитель. После него почти фильтровать не надо, основная гармоника давится почти на 30дБ, ну и остальные тоже не очень высоки. Взгляните на генераторы ГК87-ТС фирмы Морион (не сочтите за рекламу, никакого отношения к ним я не имею), как Вы думаете каким образом получаются частоты 200, 300, 400 и т.д.? У автора похоже именно классический случай

На высокие частоты сейчас проще использовать генераторы на ПАВ. Например у Epson резонаторы NS-32R имеют диапазон от 312 до 1000 МГц (fundamental mode).

Ничего лучше по шумам умноженного кварцевого генератора еще не придумали, ну разве что генераторы на сапфировых диэлектрических резонаторах при низких температурах А генератор на ПАВе устроит скорей всего разработчика цифровой логики, но никак не СВЧ схемотехника или разработчика высокочастотных многоразрядных АЦП/ЦАП.
В качестве презента дарю автору вопроса синтезированный фильтр, состоящий из комбинации эллиптического ФВЧ 3-его порядка с нулем на 60М и ФНЧ Чебышева 3-его порядка


При расчете, добротности индуктивностей и конденсаторов брались 50 и 300 соответственно. Вход и выход - 50Ом. Подбор номиналов конденсаторов в ряду Е24 оставляю автору. Фильтр устойчив к 5-10% разбросу номиналов элементов. Если нет уверенности, то лучше попросить БМГ сделать генератор на 120М без умножения, пусть даже и с худшими шумами.

Сообщение отредактировал rloc - Sep 21 2007, 10:23

[yuri_d]

Вы заблуждаетесь, ничего легче чем удвоить нет, классический пример - двухполупериодный выпрямитель. После него почти фильтровать не надо, основная гармоника давится почти на 30дБ, ну и остальные тоже не очень высоки. Взгляните на генераторы ГК87-ТС фирмы Морион (не сочтите за рекламу, никакого отношения к ним я не имею), как Вы думаете каким образом получаются частоты 200, 300, 400 и т.д.? У автора похоже именно классический случай

Промоделировал идеальный двухполупериодный выпрямитель. Получил полное подавление основной частоты и гармоники 2, 4, 6, 8 и так далее. При этом все гармоники имеют примерно равную величину -22 дБ. Как в таком случае обойтись без фильтрации?

Посмотрел ГК87-ТС. Судя по размерам корпуса и по параметрам там стоит термокомперсированный кварцевый генератор + формирователь гармоник на нелинейном элементе + фильтр. И еще место останется :-)