Шумят 8 разрядов АЦП Опции

[Art55555]

Разработали плату. Входная часть представляет из себя операционный
усилитель LT6400-20 и АЦП LTC2208 (16 бит, 130 MSPS) - Рис.1, далее ПЛИС. При отладке обнаружили, что шумит 8 разрядов. Входную часть делали по
Даташиту. Кварц поставили хороший с джиттером 1 пс. Земли не разделяли.
На рис.2 представлен шум АЦП при отсутствии сигнала на входе. На рис. 3
- видно, что шумят младшие 8 разрядов. Шумят как-то уж странно. Обычно младшие разряды шумят с большей частотой чем старшие. Здесь же 8 младших шумят с одинаковой интенсивностью, 8 старших не шумят вообще.
Замеры осциллографом:
Шум земли – размах 100 мВ (Рис.4).
Шум циф. питания – 200 мВ, аналогового – 80мВ (Рис.5).
Шум на входе АЦП – 100 мВ (Рис.6)
Подскажите куда смотреть в первую очередь? В чем может быть проблема?
Какие основные методы отладки можете посоветовать в нашем случае?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ledum]

http://www.analog.com/static/imported-file...7755AN501_a.pdf формула 6

[Tpeck]

http://www.analog.com/static/imported-file...7755AN501_a.pdf формула 6

Спасибо за ссылку.
Но, Вы не ответили на предыдущий мой вопрос...

[ledum]

Но, Вы не ответили на предыдущий мой вопрос...

Немного раньше ответил. У этих АЦП всегда что-то есть на входе. Достаточно малых шумов, помех и т.д. чтобы джиттер начал наращивать шумы. Конечно, зависимость не столь однозначна, как при монохроме, но обратите внимание, прямой зависимости от уровня оцифровываемого сигнала нет. Только от частоты.

[Tpeck]

Немного раньше ответил. У этих АЦП всегда что-то есть на входе. Достаточно малых шумов, помех и т.д. чтобы джиттер начал наращивать шумы. Конечно, зависимость не столь однозначна, как при монохроме, но обратите внимание, прямой зависимости от уровня оцифровываемого сигнала нет. Только от частоты.

На мой взгляд, вы не правильно трактуете эту формулу.
Дрожание времени взятия отсчета, не приводит к увеличению шума.
К этому нет ни каких физических предпосылок.

[тау]

...
Дрожание времени взятия отсчета, не приводит к увеличению шума.
К этому нет ни каких физических предпосылок.

для белого шума на входе или приведенного ко входу.
В других случаях (небелый шум, палки-ёлки) энергия этих палок хоть чуток но размазывается джиттером клока по спектру дискретизированного сигнала (свертка спектров).
При невысоких палках (мало децибелов от шума) это явление пренебрежимо мало тогда, когда спектр клока имеет хотя бы на 10-20 децибелов большее отношение несущей клока к уровню фазового шума клока. тогда можно и пренебречь. имхо.

Привожу топологию части платы связанную с АЦП.

а что , даже резисторов на выходе АЦП нету? сразу в разъем и толстый шлейф? . тогда помехи будут , как не быть

[ViKo]

для белого шума на входе или приведенного ко входу.
В других случаях (небелый шум, палки-ёлки) энергия этих палок хоть чуток но размазывается джиттером клока по спектру дискретизированного сигнала (свертка спектров).
При невысоких палках (мало децибелов от шума) это явление пренебрежимо мало тогда, когда спектр клока имеет хотя бы на 10-20 децибелов большее отношение несущей клока к уровню фазового шума клока. тогда можно и пренебречь. имхо.

Глядя на Рис. 1 из приведенного AN-501, видно, что дрожание момента выборки приводит к появлению ошибки в полученном коде. То есть, к идеально оцифрованному сигналу добавляется случайный шум, зависящий от джиттера и скорости изменения входного сигнала.
И это будет иметь место, даже если спектр входного сигнала состоит из одной палки.

[тау]

Глядя на Рис. 1 из приведенного AN-501, видно, что дрожание момента выборки приводит к появлению ошибки в полученном коде. То есть, к идеально оцифрованному сигналу добавляется случайный шум, зависящий от джиттера и скорости изменения входного сигнала.
И это будет иметь место, даже если спектр входного сигнала состоит из одной палки.

это вроде всем понятно. Вы лучше объясните случай, когда спектр входного сигнала состоит не из палок , а равномерен (белый шум), т.е во временной области входной сигнал представляет собой дельта функцию, как при оцифровке влияет на неё джиттер клока ?.

[ViKo]

это вроде всем понятно.

Ну, как же. Вот Treck говорит
"Дрожание времени взятия отсчета, не приводит к увеличению шума.
К этому нет ни каких физических предпосылок."
И никто не возражает.

Вы лучше объясните случай, когда спектр входного сигнала состоит не из палок , а равномерен (белый шум), т.е во временной области входной сигнал представляет собой дельта функцию, как при оцифровке влияет на неё джиттер клока?

Белый шум во временной области - это не дельта-функция. Обычные колебания сигнала около среднего, с гауссовским распределением. Я так думаю. (А Википедия говорит, что необязательно гауссовское).
И, поскольку там есть изменения сигнала, значит, будет и увеличение шума. Потому что любой шаг влево-вправо от положенного - это уже другой код с АЦП.
Если взять идеальный перепад из 0 в 1, то очевидно, что если выборка попала на 0, будет код 0000, а если на 1, то будет какой-нибудь 1111. Зависимость от джиттера имеется.
Про дельта-функцию - моя фантазия бессильна.

а вот величина прироста шумов на малых сигналах или шумах не столь однозначна.

Но никто не будет спорить, влияние джиттера есть. Просто, если сигнал малый, то и ошибка кода с АЦП будет мала. И если частота сигнала мала, тоже ошибка кода невелика.
Если к каждой спектральной составляющей сигнала добавить шум из-за джиттера, вот спектр и "размазывается".

[ledum]

Ну, как же. Вот Treck говорит
"Дрожание времени взятия отсчета, не приводит к увеличению шума.
К этому нет ни каких физических предпосылок."
И никто не возражает.

Если не считать, что АЦП - это, грубо говоря, смеситель клоков с входным аналогом. Джиттер клока - это тот же проинтегрированый фазовый шум. Перемножили - получили. На таких частотах на аналоге всегда что-то есть. Поэтому, умножаем, пусть на малую величину, но не на ноль все-же. Простите технолога-микроэлектронщика без радиотехнического образования за криво высказанные мысли. Медленно печатаю. Вы почти то же написАли.

Сообщение отредактировал ledum - Jul 1 2011, 08:01

[ViKo]

Джиттер клока - это тот же проинтегрированый фазовый шум. Перемножили - получили. На таких частотах на аналоге всегда что-то есть. Поэтому, умножаем, пусть на малую величину, но не на ноль все-же.

Есть. Есть наш входной сигнал. И если сигнал во времени изменяется (неважно, одна палка в спектре, или сплошной спектр), то и получаем шум в коде. Только для постоянного напряжения джиттер, он же фазовый шум, не страшен.
Я только хочу возразить Treck, что физические предпосылки для увеличения шума есть.

[Tpeck]

Есть. Есть наш входной сигнал. И если сигнал во времени изменяется (неважно, одна палка в спектре, или сплошной спектр), то и получаем шум в коде. Только для постоянного напряжения джиттер, он же фазовый шум, не страшен.
Я только хочу возразить Treck, что физические предпосылки для увеличения шума есть.

Боюсь, что многие меня здесь неправильно поняли.

Джиттер - это дрожание времени срабатывания устройства выборки и хранения АЦП.
Изменение времени взятия отсчета, не может увеличить мощность входного сигнала.
Это относилось к тому, что многие советовали использовать генераторы с низким джиттером для измерения гистограммы шума с замкнутым входом.
На мой взгляд это абсолютно не нужно.

Джиттер изменяет их спектральный состав входного сигнала, размах входного сигнала он при этом не меняет.(!)
Размывание спектрального состава ухудшает отношение сигнал-шум.
Т.е. если у Вас есть идеализированный синусоидальный сигнал с отношением сигнал шум бесконечность, то после его дискретизации (но не квантования!) из-за наличия джиттера у него будет отношение сигнал описываемое выражением

20*lg(2*pi*f*t),

где, f-частота синусоидального сигнала в ГЦ, t - СКО джиттера в С.

[ledum]

Джиттер - это дрожание времени срабатывания устройства выборки и хранения АЦП.

Кстати, мы поняли, что этим имели Вы ввиду, но сама фраза имеет название времени апертурной неопределенности АЦП, к джиттеру клоков не имеющее отношения. Где-то была формула , где под корнем суммы квадратов и квадрат этой величины. Вообще максимум видел 4 слагаемых, а не 2, как в AN501. Но все относится к монохрому. Формул для шумоподобных сигналов не видел. Может у меня кривые ручки, но подъем шумовой дорожки при повышенном джиттере имел счастье наблюдать неоднократно. Конечно, не 8 разрядов. Вру, один раз было. Когда на питание буфера клоков поставили 100нан, вместо 10 нан. Там точно было 8 разрядов.
То, что здесь проблема в другом мы уже вроде поняли. По инерции поговорили.

Сообщение отредактировал ledum - Jul 1 2011, 10:22

[Tpeck]

Может у меня кривые ручки, но подъем шумовой дорожки при повышенном джиттере имел счастье наблюдать неоднократно.

Это явление было, когда вход АЦП был замкнут на землю?
В преобразование Фурье были дискретные составляющие?

[ledum]

Это явление было, когда вход АЦП был замкнут на землю?
В преобразование Фурье были дискретные составляющие?

Это был эксперимент при всех остальных равных условиях. Менялся только клоковый генератор - на плате предусмотрено место для нескольких типов. На входе просто стоял запаянный резистор 51Ом. Потом ADT4-6T 1:4 и AD6654. Спектр клоков смотрелся FSL6 - кроме VX7, у всех остальных спектр чистый. Что касается Фурье - здесь сложнее. AD6654 - DDC со встроенным АЦП. Т.е. мы видим только 6 кусочков обычно по 5-10кГц, по числу каналов, спектра. Но спуров вроде во всей полосе выше минус 105дБFS не было - девайс сканирует весь диапазон 0-40МГц (точнее 2-38 - фильтр такой стоит на входе) как раз на наличие чегой-то выше заданного порога. Опять-таки, это не касается VX7 80МГц.

Сообщение отредактировал ledum - Jul 1 2011, 11:28