Странная дополнительная частота в кварцевом генераторе

Я унаследовал схему от другого разработчика, использующую кварц 12,288 МГц в качестве источника для звуковых часов. Недавно у нас были проблемы с цепочкой поставок, и меня попросили одобрить альтернативную деталь с идентичными характеристиками. В рамках этого я сравнил БПФ нашего «золотого образца» и рассматриваемого нового кристалла.

Я был удивлен, обнаружив, что БПФ обоих блоков выглядит так:

БПФ с двумя близко расположенными пиками

Здесь вы можете увидеть два частотных пика — один на 12,28 МГц (близко к ожидаемым 12,288 МГц) — и другой с почти идентичной амплитудой на 12,72 МГц. Для меня это плохие новости, хотя звук на мой слух звучит нормально.

Кто-нибудь знает, какова вероятная причина этого? Учитывая, что это используется для синхронизации DSP (который использует его в качестве источника синхронизации звука), могут ли быть негативные последствия такого поведения?

Пример алиасинга?
Пахнет ошибкой оператора осциллографа, но у меня нет Ригола, поэтому я не знаю, что искать.
DSO с функцией БПФ — это не то же самое, что настоящий анализатор спектра. Это может быть артефакт DSO-FFT. Есть ли у вас возможность использовать настоящий SA?
Вы подключаете прицел напрямую к кристаллу? Если вы это сделаете, то емкость зондов будет «тянуть» частоту кристалла.
Я щупаю выход кварцевого усилителя, который все еще может немного тянуть частоту колебаний, но я не ожидал увидеть этот второй пик. Однако я согласен, что это не настоящий спектр из-за БПФ. У меня нет настоящего SA, но я посмотрю, смогу ли я получить к нему доступ.
Согласен, это не должно давать второго пика. Если вы измеряете частоту с помощью осциллографа (не БПФ), видите ли вы какое-либо дрожание или изменение частоты?
При измерении непосредственно по кривой во временной области я не вижу никакого джиттера, только частичное гармоническое искажение. Я думаю, что это, вероятно, связано с алиасингом, как указывали другие - помогла настройка параметров БПФ. Кажется, мне следует прочитать о том, как получить максимальную отдачу от БПФ!
Либо я пропустил временную базу, либо ее там нет, но огибающая на приведенной выше временной трассе выглядит правдоподобной для частоты биений между этими двумя сигналами. Это исключило бы ошибки БПФ, но не ошибки емкости или выборки.

Ответы (2)

Два наблюдения:

  1. 12,28 и 12,72 точно симметричны около 12,50 МГц.
  2. Отображаемая форма волны, кажется, имеет «удары» в ней

Биения либо реальны (вы бы увидели биения, если бы у вас была смесь двух частот), либо они являются артефактом сэмплирования. Нет необходимости, чтобы частота дискретизации была слишком низкой (в смысле критерия Найквиста) - достаточно, чтобы между частотой дискретизации и интересующей частотой существовал почти идеальный «фазовый захват».

В этом случае я думаю, что биения являются следствием способа отображения данных. Я написал несколько строк кода, чтобы имитировать это. Если вы предполагаете, что ваш дисплей имеет ширину 512 пикселей и вы отображаете один образец на пиксель в столбце, то для данной частоты вы получите следующий график:

введите описание изображения здесь

Что неотличимо от двух частот, бьющихся друг о друга. Теперь я знаю, что ваш дисплей, вероятно, уже, но, возможно, в программном обеспечении дисплея есть некоторая хитрость - именно для того, чтобы попытаться уменьшить алиасинг. Но «умно» не всегда равно «правильно».

Я согласен с Олином - заставьте старый аналоговый прицел работать... или, по крайней мере, отображайте на экране меньше циклов, чтобы увидеть, что это говорит вам.

Это действительно похоже на артефакт выборки с вашей стороны, а не на то, что делает кристалл. Расширяйте временную шкалу прицела (меньшее время/деление) до тех пор, пока у вас не будет не более одного или двух циклов на деление. Если это проблема наложения сэмплов, то артефакт должен исчезнуть.

В качестве альтернативы посмотрите на сигнал с помощью телескопа Ye Olde Analog.

Если выяснится, что это артефакт выборки, вернитесь и прочитайте теорию выборки, уделяя особое внимание тому, что сказал Найквист. Также узнайте о «псевдонимах».

По сути, поток с точечной выборкой может сохранять частоты только до половины частоты дискретизации. Более высокие частоты, чем половина частоты дискретизации, выглядят как более низкие частоты во входном сигнале. Иными словами, после дискретизации все выглядит как частота от 0 до половины частоты дискретизации, независимо от того, была ли она в этом диапазоне раньше или нет.

На практике хорошо иметь разумный запас между удвоенной максимальной частотой входного сигнала и частотой дискретизации.

Спасибо за это, Олин. Помогает настройка окна захвата так, чтобы он включал только один или два цикла на деление (за счет разрешения в частотной области). Кроме того, просмотр с использованием аналогового осциллографа показывает хорошие часы без джиттера. Я предполагаю, что недоверчивая часть меня не может понять, приводят ли сделанные мной корректировки к более точному представлению исходного сигнала или я просто набрал то, что не хотел видеть, если это имеет смысл. К сожалению, я не могу настроить окно захвата на полное количество циклов, что также помогло бы.
Кстати, какую часть теории Найквиста-Шеннона я здесь упускаю? Частота дискретизации DSO составляет 1 Гс/с с внешним сглаживающим фильтром. Хотя я понимаю, что получу более точное воспроизведение с целым числом циклов (чего я не могу сделать из-за ограничения объема, но я частично допускаю использование окна Блэкмана), что еще я могу сделать, чтобы лучше использовать БПФ?
@stefandz Вот почему я намекнул на возможную ошибку оператора - я бы не был так уверен, что БПФ в Rigol работает со всеми этими 1 Гс / с, когда вы уменьшаете масштаб. Может быть, у него есть разные режимы, сбрасывающие сэмплы до фиксированного числа для увеличения скорости. Может быть, вы можете отключить это.
@pipe, пожалуй, мне пора в RTM!
@stef: Во-первых, этот впечатляющий Gsamples/s, вероятно, только в самых быстрых масштабах времени. Во-вторых, даже при большом количестве сэмплов он по-прежнему дает алиасинг при отображении результата на экране с разрешением 256 или 360 пикселей.
Прицелы @stefandz Rigol (по крайней мере, серии 1000Z) имеют привычку выводить измерения только на основе отображаемых данных. Я считаю, что даже при частоте дискретизации 1 Тс/с вы будете ограничены тем, что отображается на экране. Попробуйте получить необработанные данные и вычислить БПФ на ПК, чтобы увидеть, получите ли вы тот же результат. Что-то вроде этого rheslip.blogspot.com/2015/09/… может помочь.
@SredniVashtar это фантастика - я попробую! Похоже, отличное программное обеспечение (и довольно ужасная оплошность со стороны Rigol, чтобы не реализовать БПФ более гибким образом) - спасибо!
@OlinLathrop Кстати, будет ли неожиданная симметрия БПФ хорошим индикатором проблемы с выборкой здесь?
@Dmitry: Да, это звучит как то, что нужно хотя бы учитывать, когда вы видите такой артефакт.
Может ли наложение сэмплов привести к частоте артефакта, превышающей фактическую частоту? Мне это кажется ужасно нелогичным. Например, при частоте дискретизации 25 МГц вспомогательной частотой будет пик 12,28 МГц, а не пик 12,72 МГц... верно?
Странная дополнительная частота в кварцевом генераторе
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v