Почему предлагается использовать XO с LDO?

Я читал в разных местах, что микросхемы кварцевых генераторов требуют очень чистого питания (в отличие, например, от вашей обычной шины 3,3 В от какого-либо импульсного регулятора), и один из способов добиться этого - использовать LDO. ( Ссылка 1 )

Однако единственное, чего на самом деле достигают LDO, — это стабилизация напряжения от низкочастотных колебаний, возможно, до нескольких десятков или сотен кГц. Напротив, XO обычно работают на частоте 10 с МГц, где большинство LDO совершенно неэффективны при очистке чего-либо. Конденсаторы или LC-фильтры в любом случае используются вокруг XO, чтобы обеспечить достаточно низкий импеданс питания на частоте переключения. Чтобы было ясно, да, в техническом описании LDO заявлено высокое подавление на частоте 10 МГц с подходящими выходными конденсаторами, но это не из-за активного подавления, а из-за пассивного фильтра, образованного выходным конденсатором. Пассивный LC-фильтр, вероятно, обеспечивает лучшее подавление на частоте 10 МГц, чем LDO + выходной конденсатор.

Единственная причина в пользу или питание XO через LDO была бы, если бы их частота заметно зависела от напряжения питания. Однако, похоже, это не так, как показано, например, в этой таблице данных от Abracon. Что-то вроде 100 мВ низкочастотных пульсаций (которые LDO могут хорошо очищать) вызовет дрейф частоты всего около 0,1 ppm, если вообще вызовет.

введите описание изображения здесь

Я немного озадачен ссылкой 1 выше. Он показывает, как низкочастотные вариации Vdd вызывают соответствующий низкочастотный фазовый шум, но как? Не должна ли частота генератора измениться, чтобы вызвать фазовый шум? Или этого дрейфа частоты на пару частей на миллиард достаточно, чтобы вызвать избыточный фазовый шум? 0,1 ppm от 10 МГц может вызвать фазовый шум только со смещением до 1 Гц, если я правильно понимаю (вероятно, нет).

Приложение, которое я имею в виду, предназначено для прецизионного АЦП (не RF). Поэтому близкий фазовый шум между 10 Гц и 100 кГц особенно актуален.

Итак, в чем преимущество питания XO через LDO (плюс конденсаторы вокруг XO) вместо обычного LC-фильтра, пропускающего все низкочастотные пульсации к XO?

Вы можете получить -50 дБ на частоте 10 МГц с небольшой нагрузкой и адекватным выходным конденсатором, вы считаете, что это «совершенно неэффективно при очистке чего-либо»
Я читал в разных местах, что микросхемы кварцевых генераторов требуют очень чистого питания. Где вы это прочитали? Покажите один или несколько примеров. Генераторы Xtal используются практически повсеместно. Я сомневаюсь, что во многих устройствах, таких как ноутбуки и микроволновые печи, часы должны быть такими «чистыми» (без джиттера). Только в определенных приложениях, например, когда радиопередатчик использует Xtal osc. в качестве эталонной частоты, согласен ли я, что нужны чистые часы.
Амплитуда также имеет значение, и, стабилизируя напряжение питания, LDO стабилизирует ее. Любое отклонение от идеального прямоугольного сигнала и изменение амплитуды приводит к изменению фазы (синхронному дрожанию).
Эта статья TI относится к использованию генераторов Xtal в синтезаторах , которые используются для генерации гетеродинных сигналов в (радио) приемопередатчиках, как я уже упоминал. Нет, это не противоречит изображению, изображение показывает изменение частоты в зависимости от напряжения питания, и именно поэтому питание должно быть стабильным. Не вижу противоречия, только конфимация. Синтезаторы умножают частоту XO на определенный коэффициент. Например, 2,5 ГГц / 10 МГц = 250. Если у вас есть вариант 10 Гц на 10 МГц, который затем преобразуется в 2,5 кГц, что ухудшит производительность трансивера.
... на 10 Гц LDO очень эффективен, конденсаторы, которые очень эффективны при фильтрации 10 Гц, существуют, но часто очень большие .
Это в отличие от питания от импульсного регулятора, где собственный шум переключения регулятора может быть пойман радиочастотными частями. Если вы просто делаете высокоточный АЦП, то не так важно иметь чистые часы, а скорее чистое Vref. И специализированные микросхемы эталонного напряжения, которые вы можете использовать для таких целей, часто являются просто замаскированным малошумящим LDO.
@Lundin да, в итоге я получил напряжение от аналогового опорного + буфера операционного усилителя в качестве источника питания для XO. Низкий фазовый шум, безусловно , важен для прецизионных АЦП, если они предназначены не только для обнаружения постоянного, но и переменного тока на частотах> кГц.

Ответы (2)

Ваш источник питания должен быть настолько чистым, насколько этого требует ваше приложение.

Если ваш XO управляет MCU, то вам может сойти с рук практически все. Если это часть малошумящего радиочастотного синтезатора, то вам придется замарать руки.

Все осцилляторы имеют «толкающую» производительность, которая может быть указана или не указана. Это дельта (частота)/дельта (Vcc). Хороший осциллятор может выдержать шумный источник питания, а плохому генератору может потребоваться тихий.

«LDO сильно различаются по своим шумовым характеристикам, и не всегда легко интерпретировать таблицы данных, чтобы увидеть, для чего они действительно предназначены. Подсказка - если шум не указан, вероятно, это плохо. Будьте готовы просмотреть множество спецификаций, чтобы найти тихую, некоторые из них есть.

Не существует LDO, который превзошел бы конечный фильтр «большого C» источника питания, прежде чем он попадет на генератор, по крайней мере, для смещения 1 кГц +.

Как правило, чтобы избежать чрезмерного проектирования, создавайте свой прототип с LDO стандартного болота и минимальными фильтрами. Затем протестируйте его. Затем устраните проблемы, которые необходимо исправить. Если вы начнете с LDO с наименьшим уровнем шума и большими конденсаторами в линии питания, то у вас может получиться успех, но вы никогда не узнаете, можно ли было обойтись чем-то более дешевым. Но это зависит от того, делаете ли вы один или миллион, будет ли этот маршрут в целом дешевле.

Спасибо за ответ, Нил, я добавил два абзаца под изображением, чтобы немного объяснить приложение.
@tobalt мой ответ неизменен, он сильно зависит от спецификаций. Однако, поскольку ваши рассуждения в этих трех последних абзацах ошибочны, я не уверен, что вы сможете их применить. Так что прототипируйте, тестируйте, улучшайте.
Так что неверно, что изменение частоты в 1 Гц вызывает сдвиг фазы только на 1 Гц, если сама частотная модуляция происходит быстрее, чем 1 Гц? Похоже, мне нужно симулировать сам фазовый шум, чтобы лучше понять его. :)2
@tobalt Да, изменение в 1 Гц - это глубина модуляции. Если эта модификация 1 Гц происходит с частотой 1 кГц, то смещение фазового шума составляет 1 кГц. Глубина любого фазового шума на XO будет уменьшена на отношение частоты XO к частоте сигнала, но все же появится с тем же смещением. Таким образом, если у вас есть XO 10 МГц, синхронизирующий АЦП, и вы дискретизируете сигнал 10 кГц, сигнал будет иметь на 60 дБ меньше фазового шума из-за фазового шума XO, чем у XO. В фазовом шуме, вероятно, будут преобладать другие факторы. Меня всегда удивляло тестирование прототипа.
Увидев собственными глазами влияние крошечных дрейфов частоты значительно ниже 1 Гц на спектр фазового шума в моделировании, я сильно изменил свое мнение о необходимости стабильности низкочастотного источника питания. Спасибо, что подтолкнули меня к этому.

Что касается вашего редактирования, как указал @user_1818839, если у вас нет идеальной прямоугольной волны (с бесконечной полосой пропускания), изменение амплитуды также изменяет фазу даже при постоянной частоте. Это связано с тем, что время, когда вы пересекаете пороговое напряжение между 0 и 1, изменится, если изменится амплитуда. Если бы вы могли иметь бесконечную полосу пропускания, то край прямоугольной волны был бы вертикальным, а это не так. Однако у вас всегда есть некоторая конечная пропускная способность, поэтому вам нужно поддерживать максимально стабильное напряжение. В противном случае, если ваша амплитуда колеблется вверх и вниз, то же самое происходит и с фазой, которую вы обнаруживаете.

Что касается того, почему вы должны использовать LDO, их способность подавлять низкочастотный шум может быть очень высокой, 50, 60, 70 дБ заявлены во многих спецификациях. И наоборот, RC-фильтр разумного размера не очень хорош для этого. Следовательно, вам действительно нужны оба, по крайней мере, в приложениях, где важны стабильные часы.

Спасибо. У меня все еще есть небольшая проблема, чтобы полностью понять, как амплитудная модуляция приведет к фазовому шуму. Я понимаю ваши рассуждения, но мне придется смоделировать это, чтобы увидеть количественный результат. Я полностью согласен с тем, что линейный регулятор идеально подходит для подавления низкочастотных колебаний Vdd. Мне только трудно понять, почему это так важно для фазового шума XO.
Теперь я смог воспроизвести эффект в симуляции. Небольшое изменение напряжения питания при ф м о д приведет к смещению боковой полосы от частоты генератора на ф м о д . Тем не менее, доминирующим эффектом действительно является незначительное изменение частоты, вызванное изменением питания, даже если это изменение частоты составляет << 1 Гц.
Почему предлагается использовать XO с LDO?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v