Ich baue ein SDR (Software Defined Radio) und versuche, meinen 16-Bit-ADC mit 130 MS / s zu takten. Bei dieser Geschwindigkeit ist der Jitter der Uhr sehr wichtig und ein schlechter Jitter kann das SNR meines ADC stark reduzieren. Beispielsweise induziert das Takten mit einem Standard-Xtal, das keine hervorragenden Phasenrauscheigenschaften hat, einen Jitter in der Uhr, der dem ADC so viel Rauschen hinzufügt, dass sein effektives SNR nicht besser ist als das eines 14-Bit-ADC! Die einzige Möglichkeit, Zugriff auf die volle Bandbreite des ADC zu haben, ist ein Jitter auf der Uhr von etwa 80 fs. (je nach gewähltem ADC-Chip, der selbst 70fs hinzufügt)
Natürlich könnte ich einen OCXO kaufen, der ein hervorragendes Phasenrauschen hat, aber ich kann es mir nicht leisten, 300 $ für einen Oszillator auszugeben. Vor allem, wenn das Board mehrere ADC haben könnte ...
Ich habe einige App-Hinweise gelesen, die die Verwendung von PLL zum Entfernen des Phasenrauschens von einer Uhr erläutern. Ok, aber dann ist es der VCO der PLL, der teuer sein muss, soweit ich verstehe. Und der PLL-Chip fügt auch Phasenrauschen hinzu. Selbst bei einem perfekten VCO liegt der durch den Ausgangstreiber der PLL induzierte Jitter bei etwa 100 fs. Scheint also nicht die Lösung zu sein.
Daher ist meine Frage mehrfach:
Wie reinigt man die Uhr von einem halbwegs guten Oszillator? Ich dachte darüber nach, diskrete Filter zu verwenden, aber die Energie des Phasenrauschens, die den Jitter erzeugt, liegt sehr nahe an der Nennfrequenz des Oszillators. Ich müsste einen Bandpassfilter mit einer Bandbreite von ~10 kHz bei 130 MHz verwenden! Ist es möglich zu tun? (unter 200 $, sonst wäre es billiger, den OCXO zu kaufen)
Wenn es keine Möglichkeit gibt, dieses Jitter-Niveau von ~80 fs (Phasenrauschen von 10 Hz bis 260 MHz) selbst zu erreichen, wo kann ich dann Oszillatoren mit diesem Leistungsniveau zu vernünftigen Kosten kaufen? Das Problem ist, dass OCXO im Laufe der Zeit (Jahre) extrem stabil sind und normalerweise dafür verwendet werden. Aber hier ist mir das egal, für mich ist das Phasenrauschen relevant. Gibt es Oszillatortechnologien, die sehr sauber sind, aber über Jahre driften?
Wie haben Sie, Amateurfunker mit einem SDR-System oder Ingenieure, die Hochgeschwindigkeits-ADC entwickeln, das Problem gelöst?
Wie Sie sehen können, habe ich viel Zeit damit verbracht, App-Notizen zu diesem Thema im Internet zu lesen, daher habe ich ein tiefes Verständnis dafür, wie es funktioniert. Ich bin diesbezüglich etwas pessimistisch und fange an zu glauben, dass es keine Möglichkeit gibt, eine Uhr mit niedrigem Jitter zu erhalten, ohne einen OCXO von ~100 $ + zu erhalten ...
Als Erstes müssen Sie erkennen, dass das Entwerfen mit einem 16-Bit-ADC nicht trivial ist. Selbst bei 1 Sample/s müssen Sie jedem Aspekt des Designs besondere Aufmerksamkeit widmen, um eine 16-Bit-Präzision oder, noch schwieriger, eine 16-Bit-Genauigkeit zu erreichen. Bei 130 MSa/s ist alles noch schwieriger.
Die Teile, die Sie für diese Art von Design benötigen, sind einfach nicht billig. Erstens wegen der extremen Präzision und sorgfältigen Tests, die erforderlich sind, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Zweitens, weil so etwas bei Massenmarktprodukten nicht gemacht wird, also werden die Teile nicht in extrem hohen Stückzahlen gebaut, die den Preis für alle senken können.
Wie Dave in einer anderen Antwort sagt, stellen Sie sicher, dass Sie wirklich 16 Bit benötigen, bevor Sie diesen Weg einschlagen. Aber vielleicht brauchen Sie wirklich 12-Bit-Präzision, und Sie wissen, dass es schwierig sein wird, dies zu erreichen, wenn Sie selbst einen 14-Bit-ADC verwenden. Sie entwerfen also mit 16-Bit-ADC und optimieren alles andere als so viel du kannst.
Ein weiterer Schlüssel ist wahrscheinlich, genau zu verstehen, welche Spezifikationen Sie benötigen, damit Ihr System funktioniert, und Ihren Taktjitter nicht zu spezifizieren. In einer SDR-Anwendung führen Sie Berechnungen an den Samples durch, um bestimmte Frequenzbänder usw. zu extrahieren, was über viele Zyklen einen Mittelungseffekt hat. Daher ist es Ihnen vielleicht nicht allzu wichtig, dass absolut jedes Sample perfekt zeitlich abgestimmt ist, nur dass es während Ihres Berechnungsintervalls nicht zu viele Abweichungen vom idealen Timing gibt. Wie viel zu viel ist, hängt natürlich davon ab, welche Art von Mathematik Sie machen und wie klein ein Signal ist, das Sie aus wie viel Rauschen extrahieren müssen.
CTS Valpey zum Beispiel hat XOs mit RMS-Jitter-Spezifikationen von nur 200 fs. Diese Spezifikation wird jedoch definiert, wenn das Phasenrauschen über ein bestimmtes Frequenzband von 12 kHz bis 20 MHz (relativ zum Träger) integriert wird. Betrachtet man den gesamten Cycle-to-Cycle-Jitter, springt die Spezifikation je nach Mittenfrequenz auf 3-6 ps.
Lassen Sie mich auch auf einen Kommentar eingehen, den Sie in Ihrer Frage gemacht haben:
OCXO sind im Laufe der Zeit (Jahre) extrem stabil und werden normalerweise dafür verwendet.
Der "geheizte" Teil dieses Produkts reduziert hauptsächlich die Drift aufgrund von Temperaturänderungen in der Umgebung, die über Zeitskalen von Minuten oder Sekunden, nicht nur von Jahren, erheblich sein können. Es wird auch den Verschleiß des Teils aufgrund von Temperaturwechseln verringern und die Stabilität über einen Zeitraum von Jahren verbessern.
Für den Jitter-Bereich < 100 fs, nach dem Sie suchen, benötigen Sie möglicherweise tatsächlich einen OCXO, um kleine Temperaturänderungen zu verhindern, die die Leistung während der Zeit beeinträchtigen, die zum Messen des Jitters benötigt wird, genau genug, um zu wissen, dass Sie Ihre Spezifikation erreicht haben.
Die Antwort war die Verwendung eines PLL-Chips. Es fügt Breitbandrauschen hinzu, aber dieses könnte unter Verwendung eines SAW-Passbandfilters des 12-kHz-Bandes an seinem Ausgang gefiltert werden.
Grundsätzlich behält die PLL das Nahrauschen ihres Referenztaktes bei und unterdrückt ihr Breitbandrauschen. Umgekehrtes gilt für den VCO der PLL.
Das Spiel bestand also darin, einen Oszillator mit ausgezeichnetem Nahrauschen zu finden, ungeachtet seines breitbandigen Grundrauschens. Und finden Sie auch einen VCO, der bei ~ 10 kHz von der Nennfrequenz ein sehr geringes Rauschen hat, wobei seine Reaktion bei näheren Frequenzen außer Acht gelassen wird.
Das Rauschen am Ausgang des PLL ist eine Kombination aus dem Nahrauschen der Referenzfrequenz, dem Rauschen des VCO zwischen 1 kHz und 12 kHz und dem breitbandigen Grundrauschen des Ausgangstreibers des PLL-Chips.
Der SAW-Filter entfernt das Rauschen über 12 kHz und die endgültige Antwort hat ein sehr gutes Phasenrauschen, das, wenn es in Jitter umgewandelt wird (10 Hz bis 230 MHz), ein Jitter von ~90 fs erzeugt! Was gut für die Bewerbung ist.
Benötigen Sie 16 Bit ADC-Leistung in Ihrem System? Mit dieser Frage würde ich beginnen. Nur weil Ihr ADC 16 Bit ausgibt, bedeutet das nicht, dass Ihr System dies erfordert.
Wenn Sie dieses Niveau an ADC-Leistung benötigen, besteht eine Möglichkeit darin, Ihren eigenen Oszillator mit einem Kristall zu entwerfen. Dies könnte Ihnen möglicherweise das Phasenrauschen liefern, das Sie benötigen, ohne die Kosten eines OCXO. Natürlich steigen Sie dann in den Kaninchenbau des Oszillatordesigns ein, was interessant ist, aber vielleicht nicht das, was Sie interessiert. Wie viele planen Sie zu bauen? Ebay kann Ihnen möglicherweise mit überschüssigen OCXOs helfen.
Sie könnten einen DDS vorsichtig verwenden, um mehrere Frequenzen aus einem einzigen OCXO mit niedrigem Phasenrauschen zu erzeugen, wenn Sie mehrere Frequenzen benötigen, aber Sie werden immer noch eine Verschlechterung des Phasenrauschens feststellen.
Chris Stratton
rfdave
rfdave