Уменьшение фазовых шумов входной тактовой частоты, вопрос Опции

[sergunas]

Есть входная частота 100МГц, предназначенная для тактирования АЦП, высокостабильная, но с фазовыми шумами. Каким образом можно избавиться от этих шумов, сохранив высокую стабильность частоты?

[soldat_shveyk]

Думаю, что достаточно хорошо отфильтровать фазовые шумы тактового сигнала 100 МГц не удастся.
Не помогут тут не кварцевые фильтры, ни ФАПЧ. Дешевле всего взять новый источник сигнала 100 МГц.
В принципе, АЦП - по большому счету является обычным смесителем в составе радиоприемника, и,
следовательно все шорохи и фазовые шумы сигнала запуска переносятся на принимаемый сигнал.
Если Вы строите серьезное РПУ с жесткими требованиями по избирательности на малых отстройках (3 или 5 кГц) и динамике по интермодуляции, то к генерации опорного сигнала АЦП надо подходить со всей ответственностью. На мой взгляд, наиболее эффективное решение - использовать прецезионный кварцевый генератор 100 МГц, например производства МОРИОН (СПб). Я сам такие активно пользую - регулярно и с удовольствием. Если под рукой ничего нет, то можно разобрать отечественный генератор Г4-164 - там есть схема формирования основной частоты (100 МГц) из опорного генератора Гиацинт (5МГц). Схема фиксированная, бесперестроечная, 100 МГц сигнал на выходе - очень чистый. Я начинал как раз с него.

[Stanislav]

Думаю, что достаточно хорошо отфильтровать фазовые шумы тактового сигнала 100 МГц не удастся. Не помогут тут не кварцевые фильтры, ни ФАПЧ.

А "достаточно хорошо" - это насколько? И почему именно нельзя?

-----------------------------
2 sergunas
Поищите, как достигают малого уровня шумов в эталонах частоты. Сам частотозадающий элемент там часто шумит нипадеццки, но выход получается весьма чистым.
В Вашем случае, видимо, подойдёт способ подстройки малошумящего (напр., кварцевого) генератора по шумному эталону, при помощи ФАП с узкой полосой петли слежения.

ЗЫ. Кстати, Вы забыли назвать численные значения: какой джиттер есть, и какой нужен? А также спектральные характеристики шума.

[sergunas]

Поищите, как достигают малого уровня шумов в эталонах частоты. Сам частотозадающий элемент там часто шумит нипадеццки, но выход получается весьма чистым.

Спасибо, попробую, если "пнёте" в нужном направлении поиска (подкините ключевые слова для поиска) буду очень признателен.

В Вашем случае, видимо, подойдёт способ подстройки малошумящего (напр., кварцевого) генератора по шумному эталону, при помощи ФАП с узкой полосой петли слежения.

Звучит красиво Охотно верю, хотелось бы только немного понять почему так... Объясните, почему мне менее подходит просто кварцевый фильтр, как предлагают, или независимый кварцевый генератор.

ЗЫ. Кстати, Вы забыли назвать численные значения: какой джиттер есть, и какой нужен? А также спектральные характеристики шума.

Я их точно не знаю. Не думаю, что входной джиттер очень большой, ну скажем 100ppm. А хотелось бы конечно джиттер при прочих равных условиях получше, ориентировочно, скажем, нужен джиттер 10 ppm.
Спектральные характеристики шума, я так понимаю, вытекают из джиттера и максимального slew rate входного сигнала, так?

Analog Dialogue

спасибо, это надо осилить

[Stanislav]

Спасибо, попробую, если "пнёте" в нужном направлении поиска (подкините ключевые слова для поиска) буду очень признателен.

Ну, "квантовый стандарт частоты", например.

...Звучит красиво Охотно верю, хотелось бы только немного понять почему так... Объясните, почему мне менее подходит просто кварцевый фильтр, как предлагают, или независимый кварцевый генератор.

А это уж Вам решать.
Узкополосный кварцевый фильтр сделать гораздо сложнее, чем подстраиваемый с помощью ФАПЧ малошумящий генератор.
Если нужен независимый кварцевый генератор, сделайте его. Только зачем тогда нужен высокостабильный и шумящий опорный?

...Я их точно не знаю. Не думаю, что входной джиттер очень большой, ну скажем 100ppm. А хотелось бы конечно джиттер при прочих равных условиях получше, ориентировочно, скажем, нужен джиттер 10 ppm.

Вообщё-то, джиттер измеряется в секундах. Чаще всего, в смысле среднеквадратичного значения. Что такое 100 и 10 ppm, мне не совсем понятно.
Ну, ладно.
Скажите, что из себя представляет Ваш опорный генератор? Есть ли о нём хоть какие-нибудь сведения? Например, интересует его девиация Аллана, а также плотность шума на разных частотах.
Какова долговременная (не)стабильность тактовой частоты Вас бы устроила?
Далее, какой АЦП применяется, и что Вы от него хотите получить?
Ну, и, наконец, какой сигнал предполагается подавать на его вход?
Без задания этих условий никакие советы не будут по-настоящему полезными.

...Спектральные характеристики шума, я так понимаю, вытекают из джиттера и максимального slew rate входного сигнала, так?

Нет, не так.
Джиттер - величина интегральная, и, хотя связана со спектральной плотностью шума, не зависит от неё напрямую, а характеризует только мощность.
Как именно нужно фильтровать - зависит от Ваших требований.

Сообщение отредактировал Stanislav - Apr 9 2008, 06:49

[sergunas]

А это уж Вам решать.
Узкополосный кварцевый фильтр сделать гораздо сложнее, чем подстраиваемый с помощью ФАПЧ малошумящий генератор.
Если нужен независимый кварцевый генератор, сделайте его. Только зачем тогда нужен высокостабильный и шумящий опорный?

Да, Ваша правда. Всё, мне похоже действительно нужен подстраиваемый по ФАПЧ малошум. генератор, поскольку мне нужно быть в синхронизации с опорной частотой.

Я, к сожалению, пока не знаю никакой конкретики по входной опорной частоте. Смею предположить, что кратковрем. и долговрем. стабильности достаточно высокие по современным меркам (интересно каков их порядок? :-)). А какая там будет спектральная плотность шумов можно только сказать, когда будет готова железка и когда можно конкретно померить, то есть не так скоро. Вот, всё что знаю.

АЦП планирую аналогдевайсовский AD_94_61. Хочу получить при оцифровке гармонического сигнала уровень шума в районе 120дб. fs = 100МГц, Время оцифровки 10мс, т.е. получаем 1e6 отсчётов, в спектре: 100Гц на отсчёт (если опять не ошибся). На входе сигнал 25Мгц, а во втором случае 75Мгц.

Джиттер выходной частоты хочется сделать как можно лучше, но в разумных пределах сложности. Хотя чувствую, что всё будет определяться заданным уровнем шума (120дб) в спектре оцифрованного сигнала.

Если можно, пару слов как сделать подстраиваемый по ФАПЧ малошум. генератор? Кто продаёт кварцевые генераторы с возможностью подстройки частоты?

[Stanislav]

Я, к сожалению, пока не знаю никакой конкретики по входной опорной частоте. Смею предположить, что кратковрем. и долговрем. стабильности достаточно высокие по современным меркам (интересно каков их порядок?

Одна из самых информативных характеристик генератора - девиация Аллана.
Если кратковременная стабильность генератора достаточно высока по современным меркам, улучшить её даже и не пытайтесь - ничего хорошего из этого не получится.
Ещё раз повторю вопрос: какая долговременная (не)стабильность генератора нужна?

...АЦП планирую аналогдевайсовский AD_94_61. Хочу получить при оцифровке гармонического сигнала уровень шума в районе 120дб. fs = 100МГц, Время оцифровки 10мс, т.е. получаем 1e6 отсчётов, в спектре: 100Гц на отсчёт (если опять не ошибся). На входе сигнал 25Мгц, а во втором случае 75Мгц.

Губа, можно сказать, героическая.
При собственном ДД АЦП, уж ни как не более 89-90 дБ (цифра ограничивается сверху шумами), получить 120 дБ весьма и весьма, я бы сказал, непросто.
Если речь идёт об узкополосном сигнале, то значительное улучшение отношения С/Ш можно, конечно, получить путём фильтрации.

...Джиттер выходной частоты хочется сделать как можно лучше, но в разумных пределах сложности. Хотя чувствую, что всё будет определяться заданным уровнем шума (120дб) в спектре оцифрованного сигнала.

Хе-хе.
Разумных пределов сложности не существует. Как и разумных пределов желаний.

...Если можно, пару слов как сделать подстраиваемый по ФАПЧ малошум. генератор? Кто продаёт кварцевые генераторы с возможностью подстройки частоты?

Малошумящие кварцевые генераторы на ВЧ делаются, в основном, на МОП транзисторах. Схемотехника может варьировать весьма сильно. Интегральные (VCXO, VCTXCO) лучше не искать - они децибел на 40-50 хуже, чем Вы того желаете.
Можете посмотреть подстраиваемые OCXO с малыми шумами. Только на 100 МГц, думается, найти будет довольно сложно.
В качестве ФД системы ФАП нужно использовать перемножитель с малым уровнем фликкер-шума на выходе и достаточно большим допустимым уровнем сигнала. Петлевое усиление, для уменьшения шумов, нужно делать небольшим.

[sergunas]

Одна из самых информативных характеристик генератора - девиация Аллана.
Если кратковременная стабильность генератора достаточно высока по современным меркам. улучшить её даже и не пытайтесь - ничего хорошего из этого не получится.

Спасибо, принимаю это к сведению

Ещё раз повторю вопрос: какая долговременная (не)стабильность генератора нужна?

Выяснил, стабильность (судя по порядку значения, долговременная) входной частоты ориентировочно 1е-5.

Губа, можно сказать, героическая.

Интересное выражение

При собственном ДД АЦП, уж ни как не более 89-90 дБ (цифра ограничивается сверху шумами), получить 120 дБ весьма и весьма, я бы сказал, непросто.
Если речь идёт об узкополосном сигнале, то значительное улучшение отношения С/Ш можно, конечно, получить путём фильтрации.

Речь, конечно же, об весьма узкой полосе, даже просто об одном входном гармоническом сигнале. 120дб - цифра теоретического идеального случая, понятно что на практике будет поменьше, но надеюсь не более чем децибел на 10-ть.

Малошумящие кварцевые генераторы на ВЧ делаются, в основном, на МОП транзисторах. Схемотехника может варьировать весьма сильно. Интегральные (VCXO, VCTXCO) лучше не искать - они децибел на 40-50 хуже, чем Вы того желаете.
Можете посмотреть подстраиваемые OCXO с малыми шумами. Только на 100 МГц, думается, найти будет довольно сложно.

Спасибо, буду искать этих "овенов"

В качестве ФД системы ФАП нужно использовать перемножитель с малым уровнем фликкер-шума на выходе и достаточно большим допустимым уровнем сигнала. Петлевое усиление, для уменьшения шумов, нужно делать небольшим.

охотно верю, но я совершенно пока не знаком с тонкостями систем ФАПЧ, надо наверное сначала что-то почитать, потом уже спрашивать. Спрошу только: Я правильно понимаю, что "небольшое петлевое усиление" как раз и определяет ФАПЧ как "с узкой полосой петли слежения"?

Да все продают, только вы не указали диапазон перестройки а перестроить кварц можно от последовательного резонанса до парралельного и величина эта состовляет кГц-Вас устроит?
А что бы сделать ГУН малошумящим, так в двух словах не расскажешь...

Судя по стабильности входной частоты 1е-5, нужна перестойка такого же порядка с небольшим наверное запасом. Так что КГц, наверное, даже черезчур. К сожалению, на знаю с каким порядком перестройки предлагают ГУНы совр. произв-ли. А вы как советуете, делать самому ГУН, или купить готовый?

Technique Trims VCXO Phase Noise

Попробовал почитать, ничего не понял...

[blackfin]

Попробовал почитать, ничего не понял...

Тогда ставьте фильтр.

И вот ещё сравнение XP vs 3OT vs SAW vs PLL: AN087 (Table 1) /SaRonix/.

[sergunas]

Тогда ставьте фильтр.

Скажите, что я при этом теряю, падая на вариант фильтра? Шумы будут побольше, чем в варианте с OXCO? Или кратковременная стабильность ухудшится?

И вот ещё сравнение XP vs 3OT vs SAW vs PLL: AN087 (Table 1) /SaRonix/.

Интересная статейка, воспели свою xp технологию :-) Присмотрел у них VXCO S1569 (единственное, что подходит для решаемой задачи); джиттер у них 1picosec во всём диапазоне рабочих условий. Вроде как многовато, хотя может и хватит. Вопрос: эта цифра предельная для VСХО? Может ещё у кого поискать? У OXCO будет лучше?