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

Фильтровать - каким-либо способом. Способы бывают разными. Прямая фильтрация кварцевым фильтром. Фильтрация в петле ФАПЧ.

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.

Analog Dialogue

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.

По идее с помощью фапч а но действие это зело искустно....

Это, по-моему, несколько из другой оперы. Здесь задача - получить сам тактовый сигнал с малым джиттером, а как его на АЦП правильно подать - уже другая песня.

Вы статью-то читали?

Хотя бы, рисунки 11 и 12 видели?

Ну, пробежал по-быстрому. По-моему, ничего сакрального.

Видел. И что из того?
Может, прокомментируете? Я что-то совершенно ничего полезного не уловил.

Из того следует, "как - получить сам тактовый сигнал с малым джиттером"..

Меняйте антенну..

Может, Вы просветите, какой именно нужен?
Данный подход уменьшает только широкополосные шумы. Шумы в полосе в десятки-сотни кГц, прилегающие к основной частоте, методами прямой фильтрации подавить и впрямь весьма тяжко. А плотность энергии шума в этой полосе - наибольшая.
AD вообще хитрецы, однако. Генераторов, подобных тому, который они фильтровали, нынче днём с огнём не найдёшь.

На что?
Это не ответ на вопрос. Если есть что сказать - лучше это делать без выпендрёжа.

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


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.


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?


спасибо, это надо осилить

Зависит от кол-ва разрядов АЦП. В статье ADI есть оценки.
Crystek
CCPD-033: Phase Jitter: 12KHz~80MHz 0.5psec Typ., 1psec RMS Max
Все ответы на Ваши вопросы уже изложены в статье..
Ну да, у Вас это лучше получается...

Статью обязательно почитаю, но в общих словах, может поясните, каков принцип понижения джиттера в этой статье, на что делается упор, чтобы был ориентир в прочтении. Спасибо!



Как мне в таком случае засинхронизироваться с входной частотой? Я так понимаю какой бы ни был высокопрецезионный генератор, он всё равно будет иметь уход от основной частоты, соответсвенно фазы тоже.

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?
спасибо, это надо осилить
[/quote]
Джиттер измеряется в рsec не в ppm - ppm это о термостабильности....

[quote name='sergunas' date='Apr 8 2008, 21:13' post='393639']
Как мне в таком случае засинхронизироваться с входной частотой? Я так понимаю какой бы ни был высокопрецезионный генератор, он всё равно будет иметь уход от основной частоты, соответсвенно фазы тоже.
[/quote

Никак. В любом случае, все частоты устройства должны формироваться от одного стабильного опорного генератора. Но можно построить синтезатор частоты 100 МГц "оперевшись" на низкую частоту ОГ - 10, 13 МГц или др. Хорошие результат порлучается в связке AD9510 (PLL Core) и VCXO (Кварцевый генератор, управляемый напряжением). Так как частота запуска АЦП фиксированная, то и синтезатор получается неперестраиваемый, а следовательно фазовые шумы можно снизить до требуемого уровня.
На самом деле, прецезионные высокочастотные генераторы МОРИОНа устроенны подобным образом: низкочастотный (1.8333 МГц) опорник отвечает за стабильность, а высокочастотный кварцевый резонатор (100 МГц) связан с ним через ФАПЧ с узкой полосой пропускания.

Но можно взглянуть на проблемму с другой стороны: в качастве основного опорника всего устройства использовать высокочастотный кварцевый генратор, от которого напрямую запускается АЦП, а стандартную опорную частоту остальной схемы (10 или 13 МГц) формировать с помощью DDS, например AD9952, который запитыватся чистым высокочастотным тактовым сигналом 100 МГц.
Так строятся гибридные синтезаторы (DDS+PLL) во многих высококлассных РПУ.

Выбор за Вами.

Ну, "квантовый стандарт частоты", например.

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?

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.

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.

Вообщё-то, джиттер измеряется в секундах. Чаще всего, в смысле среднеквадратичного значения. Что такое 100 и 10 ppm, мне не совсем понятно.

ppm это относительное отклонение 10-6 ..те для МГц это один Гц...

При чём здесь статья ADI? Я спрашиваю в контексте данной темы.
Вот и расскажите, какой фильтр нужен автору.

И что, этим генератором Вы предлагаете тактировать "16-bit, 100-MHz AD9446-100 ADC" ?
У генератора от AD фазовый джиттер на порядок бОльший, а спектр шума очень широкий. Отсюда и "впечатляющий" результат. О применяемом фильтре же они скромно умолчали, хотя ясно, что полоса его пропускания находится на уровне менее 10 кГц.
Не подскажете ли, по какой схемотехнике нужно делать подобный фильтр?


Вы уверены?
Статья произвела на меня впечатление пособия для младших братьев по разуму. Содержательной части там, по-моему, вообще нет.

Похоже, что с самого начала под фазовыми шумами генератора подразумевалась спектральная плотность шума на определенной частоте отстройки от несущей, которая меряется в полосе 1 Гц. Это обычная шумовая характеристика автогенератора, и для простоты ее называют просто фазовые шумы. Джиттер - это просто временное понятие нестабильности колебания, что в частотной области и определяет уровень фазовых шумов. Ну а чтобы улучшить фазовые шумы уже имеющего автогенератора, действительно, нужен узкополосный ФАПЧ с высокостабильным опорным генератором. Но, однако, сначала надо определиться на каких отстройках надо улучшать эти шумы, поскольку обычно выше 1 МГц уже начинают превалировать амплитудные шумы. Можно ведь и просто заменить транзистор на имеющего меньшие фликкер-шумы, если, конечно, это возможно вообще.

Что такое ppm, мне известно. Но, в данном контексте, всё равно не совсем понятно, как можно смешивать секунды с герцами...
Ну да бог с ним. Тогда получается, что нужен джиттер в 100фс, я правильно понял?

Наверное: а смешивает товарисч потому, что для него все едино, ppm и psec..

Да, видимо, это. О спектральной плотности шума, как о важной характеристике, влияющей на способ решения задачи, я пытался упомянуть ранее.

Совершенно верно.
Зная спектральную плотность шумов, легко получить эффективное значение джиттера, в данном случае, с учётом полосы пропускания фильтра. Обратное невозможно.

Э-э, простите, но, по-моему, опорным в данном случае будет "тот, что шумит".

Подождём, что скажет автор темы.

Видимо да, раз он всего один. Однако, трудновато себя вытащить из болота за волосы. А фильтровать тут дороже выйдет. Возможно, источник питания получше застабилизировать. Да, а вы в какой группе учились?

А зачем такие навороты? Опорная частота в 100 МГц уже дана. Осталось только синхронизовать с ней генератор с малой кратковременной нестабильностью.

Что-то не совсем понятно, зачем всё это?


ХЗ. Если источник тактового сигнала действительно нужен с высокой долговременной стабильностью, то решение с управляемым малошумным "ведомым" генератором, по-моему, будет самым простым. Фильтровать многозвенным узкополосным кварцевым фильтром плохо - частота его настройки будет ползти, и волей-неволей фильтр придётся перестраивать, что весьма гиморно.
Питание - само собой, должно быть хорошо стабилизировано.

511, потом в 514, а после академа - в 611.

Есть "дубовые" правила снижения джиттера, к тому же.
- качественная стабилизация питания генератора;
- хорошая фильтрация по питанию генератора (кондюки - много и близко);
- короткие персональные проводники как по питанию, так и по сигналу;
- охлаждение генератора (хотя бы микрорадиаторами);
- экранировка сигнальных проводников, загонка их в коаксиалы (или рсв-коаксиалы).

Далеко не всегда они соблюдаются разработчиками, - потом "слёзы".
Возможно, только уже эти меры могут принести желаемый результат.

Я в 417, но было это в 70-х.

Обладая определённым навыком, можно выудить на электрониксе такие вот темы. Думаю, Автору текущей будет полезно почитать.

ЗЫ. А вообще, мне кажется, что термин "фазовый шум" - суть сорный. Есть "просто" шум, который, в том числе, производит и фазовую модуляцию сигнала; лишние сущности, по-моему, вводить не стОит.

Всем огромное спасибо за помощь и разъяснения! Аналог, признаться, для меня в новинку.
Очень много инфы, буду переваривать, пока вынужден взять таймаут на переварку :-)...

По поводу ppm'ов. Это я взял из даташит альтеры на ПЛИС, там они давали джиттер своих pll в ppm'ах. может я что-то и напутал, прошу за то прощения.
Идея была такова:
fs = 100МГц -> Ts = 1/fs = 1e-8 sec
10 ppm от Ts = 10*1e-6*1e-8 = 1e-13 sec = 10*1e-12 = 10 pico sec
По-моему так.

Интересно Вы считаете.
1e-13 = 0,1e-12 = 100 (фс). Как и было посчитано мной ранее.

ой, и правда :-) заскок какой-то... Ну значит Вы меня поняли :-)



Почитал. Спасибо. Там основная инфа заключена в статье measuring_specifying_jitter_in_crystal_oscillators_using_a_phase_noise_plot.pdf
Джиттер там измеряют в градусах и в секундах. Это всё что я оттуда смог полезного почерпнуть. Приводимая там методика расчёта джиттера мне скажем так не очевидна. Ну это отдельная песня.

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?

Technique Trims VCXO Phase Noise

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

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?

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.

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

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.

Спасибо, принимаю это к сведению
Выяснил, стабильность (судя по порядку значения, долговременная) входной частоты ориентировочно 1е-5.
Интересное выражение
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.
Спасибо, буду искать этих "овенов"
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"?


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?



Попробовал почитать, ничего не понял...

Тогда ставьте фильтр.

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

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

Всего-то? И Вы паритесь?
А я-то думал, что нужно синхронизироваться как минимум с эталоном частоты.
Такую стабильность даст грамотно сделанный обычный кварцевый генератор без термокомпенсации в "лабораторном" диапазоне температур, и с простой термокомпенсацией - в расширенном (0 - +70 гр). Естественно, поверку хотя бы раз в год он проходить должен.
Так что рекомендую не заморачиваться ни с какой синхронизацией - возьмите готовый малошумящий генератор с аналогичной или лучшей стабильностью - и будет Вам счастье.
Правда, с миниатюрными малошумящими генераторами на такую частоту встречаться не приходилось. Если самому делать лень, выходом, как я уже и писал, может послужить ОСХО - у них, как правило, кроме высокой долговременной стабильности, ещё и весьма малые шумы. Можно посмотреть в том же Морионе, или у буржуёв каких-нить.
http://www.mmdcomp.com/ocxo.htm

ЗЫ. Или под цифрой 10е-5 скрывается не относительная нестабильность, а нечто особенное?

По-моему, ещё хуже будет. Разрешение такое, может, Вы и получите, а вот точность - нет: у этого АЦП нелинейность весьма большая.

Есть другой способ: "спустить" частоту синусоидального сигнала в околонулевую область с помощью гетеродина, а после оцифровать его хоть сигма-дельтой. Главная проблема - линейность перемножителя на большом сигнале. С ходу не могу назвать таких.

Вообще, обрисуйте задачу. Что конкретно измерить-то надо?

Нет, не совсем так.
Малое усиление (точнее, к-т преобразования разности фаз в частотный сдвиг генератора) в петле означает, в первую очередь, весьма значительную величину остаточной ошибки (которая при большом к-те будет выбрана практически до 0, но шумы при этом будут также больше). Полоса захвата, правда, от него тоже зависит, но она определяется ещё и полосой и типом фильтра НЧ.
Для синхронизации с эталоном полосу захвата (как и полосу слежения) можно делать весьма узкой (определяется начальной расстройкой генераторов). Можно сделать её адаптивной, для более быстрого вхождения в синхронизм.

100МГц * 10е-5 = 1 кГц.

Повторюсь: париться с таким генератором не имеет смысла - он не представляет из себя ничего примечательного. Лучше о его существовании вообще забыть.

Судя по даташитам - более, чем на порядок по эффективной амплитуде шума.

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?
Попробовал почитать, ничего не понял...
[/quote]
Так от вас зависит, если бюджет не жмет можно и купить если есть опыт и время можно самому...

Вся парка, насколько я понимаю, не столько из-за стабильности, сколько из-за джиттера.

понял Вашу идею (надеюсь)

написано, что относительная нестабильность входной частоты 10^-5, всё как хочешь так и понимай, наверное. Может они пошутили, надо будет уточнить.

И то верно что-то уже не пойму как у меня получилось иначе... А! Я 1кГц вообразил как нестабильность 10^-3. Во как! :-)

PS: завтра на свежу голову, попробую ещё раз обдумать свою проблему, в свете Ваших последних советов.

Попробовал почитать, ничего не понял...
[/quote]
Насколько я понимаю в переводе, техника подстройки (хочется сказать оптимизациии) фазовых шумов
VCXO ( как раз перестраиваемые кварцевые )....

опыта как раз и нет, никакого...
но чувствую получить его было бы очень полезным. Ладно, пока попробую осознать какие мне стабильности и джиттеры нужны, прошундировать мировых производителей на предмет как они умеют делать кварцевые генераторы Потом наверное будет и ответ (надеюсь)

Вот несколько соображений.
1. Коль скоро задача ответственная, к выбору комплектующих нужно отнестись весьма серьёзно. В качестве локальных генераторов дешёвый ширпотреб, конечно, не подойдёт. Как я уже и писал ранее, лучше обратиться в специализированную фирму типа Морион, и заказать там.
http://www.morion.com.ru/
Ну, и другого производителя можно поискать, лучше отечественного, - с буржуями контакт устанавливается трудно, а заказать дивайс под свои нужды практически невозможно.
При этом выставить обязательные требования по стабильности, шумам, и, что немаловажно, чувствительности к вибрации (насколько я понимаю,она у Вас присутствует). Вибрация способна испортить чистоту спектра кварцевого генератора весьма сильно, что не позволит получить заданный уровень джиттера. Ну, и обязательно метрологическую экспертизу генераторов провести, чтобы подтвердить заявленные производителем характеристики.
Генератор должны иметь входы подстройки частоты (у морионовских они есть почти у всех).
2. "Глобальный" опорный генератор лучше сделать отдельно, и тоже самому, коль скоро штатный - такой отстой. Можно взять подобный же OCXO, возможно, более точно откалиброванный и с малыми временнЫми и температурными дрейфами (к его шумам предъявляются меньшие требования, чем к шумам локальных генераторов).
3. Синхронизацию генераторов осуществлять при помощи простой ФАПЧ, с узкой полосой пропускания ФНЧ и не слишком большим петлевым усилением, о чём уже было упомянуть ранее.
4. Для уменьшения шумов, во входной тракт АЦП очень желательно включить качественный полосовой фильтр (на ПАВ). Вероятно, под Ваши требования придётся заказывать непосредственно у производителя.

1. У Мориона кварцевые генераторы, управляемые напряжением, только до 40МГц. Вариант отпадает.
Другие отечественные:
ОНИИП предлагают только высокостабильные термостатированные кварцевые генераторы, частоты низкие
«МЭДЖИК КРИСТАЛЛ» - аналогичная ситуация
"БМГ ПЛЮС" - фаз. шумы великоватые [для ГК152-УН-А, ГК162-УН-А :: фазовый шум при отстройке 10кГц дБ/Гц -145(19,44МГц), -130(80,0МГц), -125(155,0МГц)]

Какие ещё отечественные варианты?
А какие, вообще, зарубежные есть малошумящие (на 100 Гц, спектр. плотность фаз шума < 105dBc/Hz) VCXO на 80-160 МГЦ?

2. Глобальный опорный генератор - не в нашей компетенции.
3. Скажите, если полоса пропускания будет узкой, то зачем ещё делать маленьким ток Charge Pump'а? А также интересует какой выбрать частоту сравнения, подаваемую на вход фаз. дектора?
4. Почему-то ПАВ фильтры нам не рекомендовали использовать, какие-то там паразитные отражения что ли, я не совсем понял.