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).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
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...

Странно... В первой зоне Найквиста там такого быть не должно... А на половине частоты дискретизации есть что?

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.

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.

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.

Всем ответившим спасибо! Теперь по-очереди:

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

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.

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%.

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?)

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

Еще идеи:
Не факт, что в АЦП внутри нужные по номиналу pull-up резисторы, в datasheet написано только про уровень 1,5 В.
Посмотрите этот документ. Если есть возможность, поэкспериментируйте с картинками 4 и 5. Последовательные конденсаторы поставьте 10нФ вместо 0,1 мкФ (для 120 МГц даже 3,3 нФ будет как раз). Последовательные резисторы сразу на выходе компаратора (как на картинке 5) от некоторых неприятностей помогают.

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..

Где-то на электрониксе уже обсуждалась эта тема... в своё время я столкнулся с этой проблемой (причём у этого же АЦП) - возникновение паразитной гармоники частота которой завивсит от частоты дискретизируемого сигнала. Всё дело в том, что это и есть гармоника входного сигнала, возникает на нелинейности самого АЦП. Т.е. видимо входные буфера самого АЦП не очень линейные - на нелинейности возникает паразитная гармоника входного сигнала. Она и оцифровывается вместе с полезным сигналом. В зависимости от отношения входного сигнала к частоте дискретизации можно наблюдать либо прямую, либо "завёрнутую" гармонику исходного сигнала.
Косвенно о нелинейности АЦП AD9430 говорит тот факт, что в даташите авторы не рекомендуют включать внутренний усилитель 2x (ибо тогда доп. усилитель всё усугубит ещё сильнее).
Кроме того, опытным путём установленно, что с ростом несущей частоты сигнала подлежащего дискретизации уровень нелинейных искажений АЦП заметно растёт. Для этого АЦП кажется заявлена полоса в 500МГц, если я не ошибаюсь, так вот заявлена-то она заявлена, но реально работать с сигналами выше 200МГц трудно - слишком велик уровень нелинейщины (правда для какого-нить ФМ-4 - уровень приемлемый).

Хотя в целом АЦП неплохой, но его надо уметь применять, особенно в случаях с "тонкими" сигналами (таких как КАМ-256 например).

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.

Попробуйте следующее:
1. Посмотрите внешним прибором-спекторанализатором спектр сигнала с выхода кварцевого генератора. Скорее всего, там будет заметная "палка" на частоте 60 МГц.
2. Если спектоанализатора нет - подайте в качестве сигнала частоты дискретизации сигнал с внешнего прибора-генератора. Если паразитная компонента в спектре исчезнет - однозначно "виноват" кварцевый генератор.
Я имел опыт работы с генераторами ГК-162 на заказную частоту 153 МГц. В их спектре были заметные составляющие с относительным уровнем примерно -50дБн на частотах 51МГц, 102МГц, 204МГц... Фильтровать надо. Легче всего это сделать ПАВ-фильтром на нужную частоту.

И ещё - если представленный спектр - это спектр сигнала с выхода "самопального" DDC в ПЛИС, то причиной появления паразитной компоненты может быть неквадратурность сигнала NCO. Или неправильное чередование отсчётов перед БПФ.

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

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).



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

Если окажется, что это субгармоника генератора, то как отмечено в предыдущих постах, простых и дешевых решений серьезно повышающих качество быть не может.

Для кардинального решения проблемы могут потребоваться фильтры на ПАВ (естественно только для синусоидального сигнала генератора), которые специально под это и позиционируются фирмами изготовителями, но их применение, особенно для таких частот, может быть далеко не тривиальным, и потянет за собой массу схемных изменений. В конце концов, и текущая ситуация с точностью преобразования не столь уж плоха.

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.

Генератор скорее всего работает на механической гармонике , так что в его спектре не должно быть никаких субгармоник . Так что я бы сначала проверил , а не вносит ли ВЧ джиттер с кратной частотой схема на компараторе , которая формирует меандр из синуса ? Косвенно на это указывает зависимость уровня помехи от переключения выходов компаратора ....... похоже , что где-то тут "собака порылась" Надо внимательно исследовать этот каскад , посмотреть сигналы на входах и выходах хорошим СВЧ осциллом и спектроанализатором ........... но вообще-то , не видя схемы и монтажа , трудно делать обоснованные предположения .

P.S. А насчёт гармоник самого АЦП - это ИМХО не тот случай . Гармоника АЦП должна быть кратна основной частоте , а не отстоять на эту частоту от частоты Найквиста . Порядочные гармоники так себя не ведут

Разве не частоте дискретизации? Или Вы говорите о алиасинге?

Еще раз всем спасибо за ответы и предложения


За документ спасибо, пропробовал, но... ничего не изменилось...
Причины (imho) - далее...

2 rloc&&yuri_d
Согласен с yuri_d :я тоже не видел решений с использованием кварцев на четных гармониках. Но близкое рассмотрение генератора с помощью БПФ цифрового осциллографа дало следующие результаты:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
То есть как уже говорилось...

Соответственно вопрос: Насколько это тяжко - заказать такой фильтр (и где его можно заказать?)

Да нет, со старым генератором (да и с внешним тоже) все было тип-топ... И вовсе это не "самопального" DDC, а вполне классический алгоритм формирования квадратур...
Далее.

Гм... Долго пытался понять где там усилитель, но все-таки понял, что Вы имеете ввиду - Full-Scale range у меня установлен на 1.536 V p-p. Но мне все же кажется, что это болезнь скорее проиходит от генератора, а не от АЦП.
Кстати сразу вопрос, а Вы, уважаемый bms, какую применяли схему тактирования?

2 Stanislav, я тоже опасаюсь схем с ООС в смысле усиления шумов...


В этом направлении и копаем-с... А вообще не ндравится мне мой компаратор ADCMP553 - входы у него как-то подозрительно подтянуты к 1.7В - терзают смутные сомнения, что он был придуман в основном для того, чтобы вытаскивать из шумов PECL-ные клоки...
Схема - вот:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
А в смысле монтажа - это почти "наколЕнный" вариант...

И это Вы называете генератором???
Да это просто генератор шума какой-то!!!
Есть полно полно генераторов с PECL выходом и низким джиттером - меньше пикосекунды..
Ставьте и не мучайтесь..
Вроде вот этого: Crystek.

Буферный усилитель есть в любом АЦП, даже если он явно не описан в даташите - это так, на всякий случай.

Схема тактирования была предельно проста - дифф. PECL-генератор=>АЦП. Наверное тут многие сразу это дело раскритикуют, но я предпочитаю (по возможности) не ставить лишних деталей (за исключением цепей согласования конечно) между АЦП и генератором, т.к. любой активный компонет вносит доп. фазовый шум. А для моей задачи это было неприемлемо. Это конечно в случае, если сам генератор хороший. И спектр у нас в итоге получился очень неплохим, только вот присутствовал паразит, который впрочем не мешал, т.к. был невелик. Кстати, паразит (продукт интермодуляции) может рождаться и до АЦП - в цепях усиления. Уверены что там всё хорошо?

Если я правильно понял Вашу проблему - у Вас частота паразитной гармоники зависит от чатоты основного сигнала? Т.е. сдвигаете сигнал - сдвигается и гармоника? Тогда схема тактирования тут ни при чём, сами понимаете...
То что Вы раньше этого не видели - так может быть предыдущий генератор был настолько плохим, что на фоне его работы эта гармоника и не проявлялась? Она могла просто потонуть в шуме из-за некачественного генератора. Такое мы тоже наблюдали.

Я что имею в виду - что если у нас , например , частота дискретизации 120 мгц , то частота Найквиста - 60 мгц . Если подать на вход частоту например 10 мгц , то её гармоники будут - 20 , 30 .... итд . Если же подать 35 мгц , то уже вторая гармоника будет 70 , и из-за алиасинга она "отразится" от частоты Найквиста , и мы получим "палку" на частоте 50 мгц . На картинке же мы не видим ни того , ни другого .
Судя по картинке , мы видим результат "модуляции" входной частоты частотой , равной половине дискретизации , то есть 60 мгц . А это как раз и может быть , если джиттер входного клока имеет составляющую в 60 мгц . Но откуда она взялась ? Либо в спектре самого генератора она есть , либо возникла в результате паразитных колебаний в формирователе на компараторе .........
Кстати , проверить генератор можно таким простым способом - подключить прямо к его выходу последовательный контур на 60 мгц . Такой контур служит как бы "отсосом" для этой частоты , и если при его подключении мы увидим снижение уровня помехи , то похоже , что генератор её и даёт . Компаратор же можно проверить , включая последовательно с его входами маленькие антипаразитные резисторы , или просто касаясь пальцем к его входам - это внесёт небольшую ёмкость и изменит режим возможных колебаний .

Уважаемый blackfin, у меня два вопроса.
1. Где Вы были раньше???
2. Если Вы их покупали, так чтобы быстро и на нестандарнтую частоту?


Я так понимаю, что паразитная гармоника - это продукт биения подаваемого входного синуса с субгармоникой Fd/2. Схема тут возможно и не при чем, виноват генератор.

Тогда уж признавайтесь пожалуйста, что у Вас был за тактовый генератор и на какую частоту?

Кстати , если один контур , подключённый параллельно к выходу генератора , поможет - то можно будет этот приём использовать , чтобы вообще решить проблему . Если , скажем , неохота по каким-то причинам менять генератор , а на плате место есть - можно поставить два таких "отсоса" , разделённых притом небольшими резисторами , и полностью задавить помеху . На SMD компонетнах это не займёт много места , да и недорого ........

эээ... биение - это есть взаимодействие двух или нескольких БЛИЗКО расположенных частот, биения не порождают новых гармоник. Это всего лишь сумма сигналов. Новые гармоники могут родиться только на нелинейности - на умножении сигналов.

Генератор был фирмы C-MAC, 180МГц. Точнее обозвать могу, но не помню, если очень надо - покопаюсь, найду.

Да вот вся зараза в том, что мне нужны нестандартные частоты:
98,175 МГц и
112,2 МГц
причем в малом количестве (по две штучки каждого номинала) и желательно быстро

2 deemon - буду попробовать...

Тут не надо забывать про дискретизацию и алиасинг ! Кстати , гармонику ( даже "отражённую" ) можно отличить от продукта джиттера очень просто - нужно плавно менять входную частоту и смотреть на спектрограмме , с какой "скоростью" движутся паразитные "палки" . Если с удвоенной или утроенной например , то это соответственно будут вторая и третья гармоники ..... а если с такой же как сигнал - то это продукт джиттера .

Не знаю специфики Вашей задачи... но если трудно достать то, что нужно, может оцифровывать тем что есть? А потом в цифре доворачивать/передискретизировать куда надо?

Кстати сказать 180МГц - это совсем и не стандарт, просто мне нужно было что-нить в районе от 170 до 200 МГц и что было на тот момент - то и купил Если сигнал корректно оцифрован - пересадить его на нужные частоты - дело техники. Поэтому главным критерием для меня была не частота дискретизации - а качество генератора.

Тут весь вопрос в том куда падают неизбежные вторая и третья гармоники сигнала (но это пол-беды) а главное - в количестве поворачивающих коэффициентов формирователя квадратур...

2 deemon: режекторный фильтрик помог - гармоника упала где-то на 7-9 дБ, но этого очень мало...
Попробую влепить еще один, но место на макетке катастрофически кончается...

Очень похоже на цифровой шум. Если есть возможность, то выключите всех остальных потребителей тактовой частоты (для ПЛИС надо просто стереть конфигурацию). Если после этого мусор пропадет, значит генератор не причем.

ПЛИС потребляет тактовую частоту, которая транслируется через АЦП... (то есть у АЦП есть свои выходы DCO+- в LVDS), а при отключении АЦП ничего не меняется

Ну значит - генератор гадит Видимо он , действительно , сделан с удвоением частоты . Попробуйте теперь включить режекторный контур не прямо к выходу , а после резистора , порядка 30-50 ом , это увеличит подавление помехи , а потом поставьте ещё один такой резистор и ещё один контур . Ещё лучшие результаты получатся , если между двумя контурами включить не резистор , а небольшой конденсатор - получится эллиптический фильтр . Но эту схему лучше сначала отмакетировать и настроить отдельно , с помощью АЧХметра , и потом перенести на основную плату .
Кстати , есть смысл для большего подавления попробовать изменить номиналы L и C в режекторном контуре . Сейчас они у Вас какие ?

1. Там же, где и сейчас, а до этого немного восточнее..
2. Я их не покупал. Семь лет назад пользовал Motorola MC12430FN.
RMS Jitter ≈ 8ps @ 120MHz. Сейчас это уже вроде отстой.
Crystek есть в продаже, но частоты 120.0MHz вроде бы нет: eFind
Для нестандатных частот можно синтезаторы от ADI:Clock Generation and Distribution,
но это дороже и может понадобиться внешний VCO.
А вообще, пару лет назад в Google находил с десяток фирм типа Crystek.

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

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
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
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.

И так макетирую
L = 100 нГн (других нет)
С = 68 пФ соответственно


Efind я видел...
Синтезаторы от ADI не использовал, уяснил только, что мороки там много, а результат, выданный мне ихней ADISim меня не впечатлил
Будем Гуглить...

2 rloc: За подарки спасибо, встречный вопрос: чем синтезировали и моделировали? Что за пакет такой?

Фирма Agilent, Genesys 2006.04 (ранее принадлежавшая Eagleware), сначала синтез классических вариантов, потом - комбинация и оптимизация, можно даже с учетом топологии ПП.

Да вроде нормально ..... но нужно проверить настройку на АЧХметре или с помощью генератора , так как из-за паразитных параметров монтажа она может сдвинуться . А если не хватит подавления - то делайте эллиптический фильтр . Честно говоря , я бы не стал менять генератор , я думаю , что правильный фильтр и так всё подавит .

Ну что ж.. Итог есть На выходе генератора (входе компаратора) гармоника 60 МГц ушла за 70 дБ (две цепочки LC фильтров, разделенных резисторм. Перед первым фильтром резистор поставить не удалось - места на печати не хватило).Но...
На выходе компаратора она снова есть, причем той же величины, что и ранее на выходе генератора. Может быть ее только там и нужно было давить?

Странно ....... так не должно быть Тут похоже проблемы из-за монтажа - плохая разводка сигнального провода или земли . А ставить фильтр на выход компаратора - идея плохая . Там же меандр на выходе - фильтр всю форму его испортит . Тут надо подключить на выход компаратора спектроанализатор и оптимизировать монтаж по минимуму помех . Или же запустить всю схему и смотреть результат Фурье-анализа прямо с выхода АЦП .

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 :-)

Я писал "почти" и применительно для второй гармоники, конечно на выходе всегда ставят фильтр, причем у БМГ - опционально нн/-20/-30/-40дБ подавление гармоник. Для второй гармоники и опции "нн" (не нормируется) возможно фильтр не ставится.

Да все правильно, причем часто вид нелинейного элемента (схемы) зависит от номера получаемой гармоники (четная/нечетная).

Так ведь тут уже обращали же на это внимание, несколько раз. На выходе компаратора скважность сигнала не двойка. Добавлю: из-за того, что его порог в принципе невозможно установить с требуемой точностью.