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?

Ну и ну... Хороший генератор шума. Замкните входы АЦП непосредственно у микросхемы и посмотрите, что изменилось.

У этого АЦП выход в знаковой форме - значит, если не шумят старшие разряды, то на входе АЦП есть смещение по постоянному току. В принципе, это нормально, но лучше проверить вольтметром - на сколько сильно отличается от значения в даташите. Еще надо проверить состояние ноги DITH на АЦП, должно быть выключено. По вышей картинке не разобрать - качество низкое, выложите с хорошим разрешением.

Для проверки, откуда идет шум можно снять два последовательных резистора на входе LTC2208, чтобы отключить в вход АЦП от возможного источника шума - LTC6400 (не знаю, что за штука, никогда не пользовался). Как отключите - останутся только шумы питания и, возможно, клока. В этом положении уровень шума должен совпадать со значением, приведенным в даташите. Чтобы это проверить выходной 16-разрядный сигнал АЦП надо записать в файл и открыть любым звуковым редактором или МатЛабом.

Вообще, какая-то у Вас странная цепь между LTC6400 и LTC2208. Какие сигналы собираетесь оцифровывать? Какой диапазон частот?

1. Из текста не понятно, были измерения собственного шума АЦП с закороченным входом?
(Очевидное желание, отбросить ОУ и посмотрть на шумы.)

2. Что-то явно напутано со схемой Tp1! И слева и справа от ТР1 написана постоянка, нигде не видно выпрямителя. Соответственно, не понятно, что за цепи сидят на GND, опять-же и слева и справа от Тр1.

3. Каковы номиналы RC фильтров по цифровым цепям АЦП? Спрашиваю, потому, что для фильтрации ВЧ компоненты достаточно 1 кОм без емкости.

4. Что значит землю не разделяли? АЦП и ОУ сидят на медном "регионе" с одной дорожкой связи с остальной частью GND? Или нет?

5. В каких точках измерен шум земли? 100 мВ это 0.1В - очень много. Можно разрезать дорожку где связана измерительная аналоговая часть схемы со всем остальным миром и напаять сверху дроссель.

6. Совсем не понятно измерение "шум на входе АЦП". Если на входе АЦП 0.1В, что Вы хотите видеть на цифровом выходе?

7. Из схемы не видно, как связан вход АЦП с ОУ. Очень не понятно почему входы +IN- и -IN АЦП "отрезаны" от потоянки конденсаторами? Это значит, что по постоянному току входы АЦП в обрыве. Что мешает привязаться к постоянке, либо относительно 0.5 Uпит, либо относительно GND?

странно что у вас ровно половина разрядов шумят ..посмотрите осцилографом на выходе АЦП , убедитесь что там шум в этих битах есть , может в ПЛИС пол шины куда-нить не туда пришло. ...или может вообще все разряды шумят.

1. DITH на АЦП выключен
2. Резисторы снял. Результат на рис. 1., при этом на входе картина рис. 2 (вход приподят на 0.62 В) Ацп тактируется от кварца 100 МГц. Похоже с кварца что-то лезет. Мерюю 1 МОм-ым щупом. Корректно-ли это?
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
3. Номиналы между входом и 6400 - рис. 3. Номиналы между 6400 и АЦП - рис.4. Номиналы схемы ТР1 - рис.5.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
4 Землю не разделяли на аналоговую и цифровую. Везде один полигон.

Дрожание восьми младших разрядов - это нормально для приведенной вами схемы.

Поясните, что не так в этой схеме?

В схеме все нормально.

Просто при проектирование данного узла, вы забыли о тепловых шумах.
Если их пересчитать, то примерно такой уровень дрожания младших разрядов и получается.

На рис.1 у Вас сигнал, записанный с АЦП при отключенном входе?
То, что надо.
Теперь надо воспользоваться звуковым редактором, не знаю, какой у Вас, я обычно пользуюсь SoundForge.
Сначала надо удалить постоянную составляющую, тогда сигнал "ляжет на ноль" по вертикальной оси.
Затем вычислить среднеквадратическое значение на отрезке сигнала (RMS), удобно взять величину в децибелах. Получили.

Теперь смотрим в даташиту, какой SNR должен быть у этого АЦП в интересующем Вас диапазоне, допустим 75 дБ.
Берем RMS шума, измеренный по записи, делам поправку на пик-фактор синусоиды: SNR_измеренное = -3 дБ - (RMS_по_записи)
Сравниваем SNR_измеренное и SNR_даташита, должно быть не хуже.

Если у Вас наблюдается недобор SNR, надо глянуть спектр по записи сигнала с АЦП. Если видны сосредоточенные помехи - искать источник, если просто уровень шума задран - подумать о причине.

Смотрю на схему питания и "не догоняю"...
Слева от Тр1 - GK-154 - это какой-то ВЧ преобразователь? Тогда, зачем он сидит на GND? И где справа диодный мост?
Если GK-154 это выпрямитель и стабилизатор, тогда, не понятно, - зачем правая часть сидит на GND?
У Вас Тр1 - что за трансформатор - ВЧ или 50Гц?
В общем, мне схема питания по прежнему совершенно не понятна.

ГК-154 - Генератор Кварцевый (БМГ+, наверное) мегагерц на 100 ))))))))))))
Это схема тактирования АЦП.
Питание автор не показал, а надо бы.

Выпрямитель на тактовом входе АЦП? Оригинально. http://doc.chipfind.ru/pdf/bmgplus/gk154pa.pdf О меня уже опередили....

GK-154 Генератор БМГ Плюс - 100 МГц. Схему подключения генератора взяли из даташита на АЦП LTC2208. Различие в номиналах R1 и R2, у нас они по 100 Ом, и нет R4, R5. Что может быть неправильно в этой схеме?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

По питанию:
3.3 В делаем линейником из 5 В, далее схемой фильтрации делим на питание для аналоговой и цифровой части.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Снял резисторы, замкнул входы АЦП непосредственно у микросхемы и подключил к Vсм, тем самым отрезал вход. Уровень по прежнему смещен, шум в 6-ти разрядах.

снимите постоянную составляющую и проанализируйте шумы и их спектр.
я думаю увидите что разрядов меньше и они укладываются.

имхо затактируйте ацп не от ГК, а через промежуточный клоковый дифбуффер.

(глянул дш.) // и поясните что на выходе генератора) они разные бывают с синусом и нет есть на 5В...


клок 5В не много ли для 2208 =/
фронт 2-4нс не мало ли...

Прежде, чем анализировать шум, нужно добиться, чтобы все разряды работали. Подать на вход схемы сигнал на всю шкалу, и посмотреть разряды. Что переключаются только 8 младших - чудо.
Резистор между фазами тактового сигнала должен быть около выводов АЦП.

Мы используем генератор 3.3 В.
Померил такт на входе ENC+(ENC- такой же в противофазе) АЦП 50 Ом-ым пробником:
Vmin - 772 mV
Vmax - 2,12 V
V p-p - 1.348 V
Корретны-ли эти значения?

Наверное, не совсем корректны. Вы ИМХО своим щупом раза в 4 подсадили показания. Мне кажется, у Вас там Вольт 6.5 п-п с учетом парафазности. Но это корректно фразе даташита 2. Use as large an amplitude possible. If using transformer coupling, use a higher turns ratio to increase the amplitude со страницы 21. Хотя на 12 странице http://www.slac.stanford.edu/grp/lcls/cont...20Interface.pdf есть пометка Up to 3Vpp. Типа достаточно, больше и не надо. Девайсы пошли по другому пути - обеспечьте максимальную крутизну фронтов для уменьшения джиттера, можно и увеличением амплитуды клоков на входе транса, но они потом тихонько режутся по амплитуде встречно включенными Шоттки. У Вас должны включаться в дело защитные диоды полевиков по входам ENC. Не знаю хорошо это или плохо.

С джиттером все понятно. Он влияет на момент защелкивания данных. У нас же на данный момент шум 6-8 разрядов с закороченным входом.

В какая разница? У этой АЦП-хи и так 4 разряда должны шуметь, да еще они перемножаются на джиттер наевшегося клока (это так, допУстим). Показали бы нам ФФТ с закороченным входом - может больше мыслей возникло.

+1

Например? AD9517 быстро на коленке не слепишь, а Моторолы КМОП-ЭСЛ 100-серии с их 1пс добавочного джиттера на 50МГц входа дадут те же 6 бит+ болтания.

Судя по осциллограмме, тактовый сигнал - синусоидальный. Почему, или зачем? Отсюда, совместно с шумом питания, и джиттер.

LT2208 допускает синус по клокам. Но это, быстрей всего, ограничение осциллографа. Интересно было бы еще увидеть с дизэйбленым дифусилителем и с закороченным входом. ФФТ надо. А то, окажется, наводка от рядом стоящего монитора. Или, как у нас оказался, подвозбуд на 12МГц 150-Ваттного минвэлла. Одного-единственного - все остальные были нормальные.

Нарисовано 4 GSps, хотя, конечно, это еще ничего не значит.
А закороченный вход - чего имеется в виду - входного усилителя, или самого АЦП (на нужное напряжение)? Или просто два входа АЦП между собой закоротить?

Дык усилитель вроде уже коротили. Осталось АЦП коротнуть.

Коротили АЦП и сажали на Vcm. 6 разрядов в шумах.

Еще питание дросселями отфильтровать. И всё в экран спрятать. И земли... побо-о-ольше.

FFT закороченного входа АЦП и посаженного на Vcm.

Scale-20 МГц
Center Frequency - 100 МГц

1 МОм-ый пробник
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

50 Ом-ый пробник
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Каким образом посоветуете затактировать ацп не от ГК, а через промежуточный клоковый дифбуффер. Какой дифбуффер для этого взять?

Я не понял картинку, типа чем и как она снималась, ну да ладно - речь о том, что судя по всему, Вы имеете возможность вводить данные в тачку - иначе откуда бы взялся битовый просмотр, дык записали бы эту оцифровку и подали бы на что-то типа спектралаба, матлаба или Адоб Аудишена на посмотреть спектр оцифровки Вашим АЦП.
Но на 125МГц ну или на каком-то Найквисте что-то торчит

А как джиттер влияет на уровень собственных шумов АЦП? 8)



Фильтруйте питание.
Лучше, если для питания аналоговых и цифровых частей будете использовать различные линейные стабилизаторы.

Выходной сигнал сделайте дифференциальным если это возможно.

Немножко сложнее, чем на приведенной ниже формуле - это для монохромного синуса, но в таких АЦП всегда что-то есть на входе - помехи по питанию, пролезшие на вход клоки, тепловой шум, поэтому есть чему перемножиться

Вы хотите сказать, что джиттер увеличивает амплитуду (мощность) входного шума?

PS А из какой книжки формула?

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

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

Джиттер (апертурная неопределенность, как они пишут) эквивалентен наличию шума на входе. Сам по себе шума на входе не добавляет. Просто выборки делаются с разбросом по времени. Рисунок 1 всё показывает.

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.

Даже идеальный АЦП будет иметь шум в выходном коде из-за джиттера.
Кроме случая, когда мы оцифровываем постоянное напряжение.

Есть идея снять кварц, на это место припоять SMA разъем и с хорошего генератора (прибора) подавать такт. Как вы на это смотрите?
Ниже привожу FFT. Строился на основании 16 тыс. сэмплов (максимум для Chipscope для нашей ПЛИС).

FFT шума при закороченном входе:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

FFT шума c ОУ:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

FFT шума c ОУ, на входе sin (1 МГц) почти полный размах:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

FFT шума c ОУ, на входе sin (1 МГц) размах в 9 разрядов:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А в каком режиме у вас выходы настроены?

По картинкам получается, что ОУ что-то ловит на частоте 25 MHz.
А, так у вас там ПЛИС имеется. Может быть, в ней используется частота 25 MHz. И она передается по земле и питанию в ОУ.

На плате есть резонатор 25 МГц для PHY Ethernet. Может он.



Выходы CMOS. Не дифференциальные.

Плохо что не дифференциальные. Резисторов последовательно или буферов на выходах АЦП у вас похоже тоже нет.

Сколько слоёв в плате? Есть ли разрывы в земле под линиями данных АЦП?
Для более плодотворного обсуждения можете привести фотографию топологии ПП.

Кстати, шумы с закороченным входом весьма неплохи если Ваши 60дБ - это FS. У нас тоже постоянная проблема с наводкой от эзернета. ФФТ без окошка?

ну дык что имеете - по двум графикам можно видеть разницу почти 110 дб , хотя это и не совсем честно, но кое-что говорит о том, что шум приведенный ко входу АЦП не так уж велик , чтобы его бояться.
SFDR по 3-му рисунку плох, не соответствует даташиту. Окно FFT прямоугольное ? И видно влияние недифференциальных выходов + видимо плохая разводка. До обсуждения влияния джиттера на эти картинки еще далеко.

PS/ Солидарен с VladimirB, и Ledum.

Привожу топологию части платы связанную с АЦП.
Плата запитывается через разъем, куда приходят несколько номиналов необходимых для ПЛИС, PHY, АЦП и т.д.
Около разъема питания стоит линейник LT1965, который из 5В делает 3.3В. Затем это питание делится индуктивностями на цифровое и аналоговое. Земля общая для всей схемы.

Чего-то я не разглядел - у вас под брюхом АЦП матрица дырок для теплоотвода и хорошей связи с землёй есть?

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.

Да, есть 4 ряда по 4 дырки. Всего 16.

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.

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