Слежение за резонансной частотой и фазой измеряемого объекта ФАПЧем, Поделитесь добрым советом Опции

[stoker]

Есть сигнал - синус, который выходит с ЦАПа (выход DDS), подаётся на объект(на основе кварца), далее на выходе из объекта сигнал нормируется, фильтруется и оцифровывается. Резонанс каждого объекта имеет разброс в широком диапазоне частот от 30КГц до 1Мгц. При нахождении резонанса объекта, включается ФАПЧ и следит за резонансной частотой объекта. При этом выдаёт 2 параметра текущая частота и фаза объекта во времени, а объект тем временем, подвергается всякого рода внешним воздействиям. Ширина полосы изменения резонансной частоты не более 50-100Гц. В аналоге никаких математических преобразований не делаю, работаю полностью с цифрой. Из аппаратной части имею: DSP, FPGA, DAC, ADC. DDS реализован в ПЛИС, разрешение по частоте – 2,3мГц, но при реализации ФАПЧ возникли вопросы.
Как оптимально можно реализовать цифровой ФАПЧ, а именно фазовый детектор сигнала приходящего с АЦП и цифрового, с выхода DDS, используя премудрости ЦОС? Есть ли смысл работать полностью с аналитическим сигналом, реализовывать FFT? Какие блоки стоит использовать в FPGA, а что поручить DSP? В ЦОСе серьёзно я только начинаю разбираться, так что не пинайте.

[rloc]

Резонанс каждого объекта имеет разброс в широком диапазоне частот от 30КГц до 1Мгц.
...
Ширина полосы изменения резонансной частоты не более 50-100Гц.

В общем выбрал следующую схему: АЦП работает на частоте 50Мгц

Есть вопросы:
1) 30КГц - 1Мгц - это абсолютные частоты или отстройка от некоторой несущей?
2) Если это абсолютные частоты, то зачем частоту дискретизации брать 50МГц?
Я смотрю, Вы в другой ветке уже вовсю пытаетесь решить непростую задачу - сделать DDC на FPGA. Хочется попытаться понять, к чему такие сложности. Там в DDC Вы пытались сделать полосу 2МГц, но зачем, когда сами пишите, что диапазон изменения резонанса - 50-100Гц, т.е. для ФАПЧ Вам нужна полоса ~200Гц. Ваша задача очень напоминает измерительный прибор под названием Vector Network Analyzer, поищите в интернете по этим ключевым словам и найдете очень много полезной информации. Советую начать искать с www.agilent.com - они очень любят писать всякие фундаментальные статьи.

[stoker]

Большое спасибо за ответ!

Есть вопросы:
1) 30КГц - 1Мгц - это абсолютные частоты или отстройка от некоторой несущей?

Абсолютные, своего рода несущая, реально отсройка получается +/-100Гц.
Там просто кварцы разные.

2) Если это абсолютные частоты, то зачем частоту дискретизации брать 50МГц?
Я смотрю, Вы в другой ветке уже вовсю пытаетесь решить непростую задачу - сделать DDC на FPGA. Хочется попытаться понять, к чему такие сложности. Там в DDC Вы пытались сделать полосу 2МГц, но зачем, когда сами пишите, что диапазон изменения резонанса - 50-100Гц, т.е. для ФАПЧ Вам нужна полоса ~200Гц. Ваша задача очень напоминает измерительный прибор под названием Vector Network Analyzer, поищите в интернете по этим ключевым словам и найдете очень много полезной информации. Советую начать искать с www.agilent.com - они очень любят писать всякие фундаментальные статьи.

Дискретизация такая выбрана чтобы потом осуществить децимацию, хочется по максимуму выжать точность. Да и АЦП уже были в наличие AD6644. Дискретизация в 50Мгц выбрана для несущего сигнала 1Мгц, также хочу расчитать все фильтры и остальные цепи. Просто потом для любой другой несущей можно пропорционально снижать тактирование всех цепей. Насчет ширины полосы 200Гц - вы правы. Вся задача сводится к реализации конвертера частоты вниз - т.е. свести несущую в 0 и иметь сигнал фазы в чистом виде. Т.о нужно убрать двойную частоту после умножения. Спасибо за подсказку про Vector Network Analyzer, сам бы я никогда не нашёл бы. Насчет сложностей, соглашусь, возможно мною был выбран не самый оптимальный вариант, поэтому я, с признательностью, выслушаю предложения по теме.

[rloc]

Дискретизация в 50Мгц выбрана для несущего сигнала 1Мгц.

Более высокая частота дискретизации в данном случае будет выгодна, только тогда, когда собственные шумы квантования АЦП в полосе Найквиста будут больше чем шумы предварительного усилителя в полосе ФАПЧ (200Гц). Тогда за счет сужения полосы мы повысим динамику за счет уменьшения шумов квантования АЦП (получится практически аналог Сигма-Дельта АЦП).
Говоря про векторный анализатор цепей, я намекал на то, чтобы от системы ФАПЧ с ее очень сложным расчетом устойчивости, перейти на схему, когда DDS постоянно свипирует в некотором диапазоне частот, а после АЦП векторно детектируется (делится на квадратуры) и анализируется. Причем диапазон свипирования выбирается в зависимости от того, что мы делаем: либо осуществляем поиск, либо следим за резонансом.

[stoker]

Более высокая частота дискретизации в данном случае будет выгодна, только тогда, когда собственные шумы квантования АЦП в полосе Найквиста будут больше чем шумы предварительного усилителя в полосе ФАПЧ (200Гц). Тогда за счет сужения полосы мы повысим динамику за счет уменьшения шумов квантования АЦП (получится практически аналог Сигма-Дельта АЦП).

Спасибо, что просвятили, думаю что шум квантования АЦП действительно будет больше чем усилителя, точно прикинуть пока немогу во сколько раз. Я так понимаю чтобы выиграть 2 бита дополнительно мне нужна сверхдискретизация в 8 раз? Спасибо за идеи.

Говоря про векторный анализатор цепей, я намекал на то, чтобы от системы ФАПЧ с ее очень сложным расчетом устойчивости, перейти на схему, когда DDS постоянно свипирует в некотором диапазоне частот, а после АЦП векторно детектируется (делится на квадратуры) и анализируется. Причем диапазон свипирования выбирается в зависимости от того, что мы делаем: либо осуществляем поиск, либо следим за резонансом.

У меня немножко другой алгоритм, я постоянно нахожусь в резонансе, и отслеживаю изменения фазы и частоты, во время того как кварц подвергается мех. воздействиям. Скорее похоже на частотную демодуляцию наверное...

[DS]

Спасибо, что просвятили, думаю что шум квантования АЦП действительно будет больше чем усилителя, точно прикинуть пока немогу во сколько раз. Я так понимаю чтобы выиграть 2 бита дополнительно мне нужна сверхдискретизация в 8 раз? Спасибо за идеи.
У меня немножко другой алгоритм, я постоянно нахожусь в резонансе, и отслеживаю изменения фазы и частоты, во время того как кварц подвергается мех. воздействиям. Скорее похоже на частотную демодуляцию наверное...

А Вы случаем не систему обратной связи городите для микроскопа ? Что-то очень похоже .... Если да, то Вы собираетесь делать как у нас обычно принято - через одно место. Если нет, то извиняйте, обрисуйте задачу поконкретней, может чем и помогу.