Странная дополнительная частота в кварцевом генераторе

Я унаследовал схему от другого дизайнера, использующего кристалл 12,288 МГц в качестве источника для аудиочасов. У нас недавно были проблемы с цепочкой поставок, и меня попросили утвердить альтернативную часть с идентичными спецификациями. В рамках этого я сравнил БПФ нашего «золотого образца» и нового рассматриваемого кристалла.

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

Здесь вы можете видеть два пика частоты - один на 12,28 МГц (близкий к ожидаемым 12,288 МГц) - и другой с почти идентичной амплитудой на 12,72 МГц. Это выглядит как плохая новость для меня - хотя звук звучит нормально для моего уха.

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

clock crystal fft

— stefandz
источник

Образец алиасинга?

— Игнасио Васкес-Абрамс

Пахнет ошибкой оператора осциллографа, но у меня нет Rigol, поэтому я не знаю, что искать.

— труба

DSO с функцией FFT - это не то же самое, что настоящий анализатор спектра. Это может быть артефактом DSO-FFT. У вас есть возможность использовать настоящий SA?

— Творог

Вы подключаете прицел прямо через кристалл? Если вы это сделаете, то емкость зондов будет «тянуть» частоту кристалла.

— Стив Дж

Я проверяю выходной сигнал кристаллического усилителя, который все еще может немного увеличивать частоту колебаний, но я не ожидаю увидеть этот второй пик. Однако я согласен, что это не настоящий спектр из-за БПФ. У меня нет настоящей SA, но я посмотрю, смогу ли я получить к ней доступ.

— stefandz

Ответы:

Два наблюдения:

12,28 и 12,72 точно симметричны около 12,50 МГц.
Похоже, что отображаемая форма волны содержит «биения»

Удары либо реальны (вы бы видели удары, если бы у вас была смесь двух частот), либо они являются артефактом выборки. Нет необходимости, чтобы частота дискретизации была слишком низкой (в смысле критерия Найквиста) - достаточно, чтобы существовала почти идеальная «фазовая синхронизация» между частотой дискретизации и интересующей частотой.

В этом случае, я думаю, что удары являются следствием того, как данные отображаются. Я написал несколько строк кода, чтобы смоделировать это. Если вы предполагаете, что ваш дисплей имеет ширину 512 пикселей, и вы отображаете один образец на столбец пикселей, то для данной частоты вы получите следующий график:

Что неотличимо от двух частот, бьющихся друг с другом. Теперь я знаю, что ваш дисплей, вероятно, уже, но, возможно, в программном обеспечении дисплея есть какая-то хитрость - именно для того, чтобы попытаться уменьшить алиасинг. Но «умный» не всегда совпадает с «правильным».

Я согласен с Олином - включите старый аналоговый прицел ... или, по крайней мере, выведите на экран меньше циклов, чтобы увидеть, что это говорит вам.

— Floris
источник

Это действительно похоже на артефакт сэмплирования на вашем конце, а не на то, что делает кристалл. Расширяйте шкалу времени области (меньшее время / деление), пока у вас будет максимум один или два цикла на деление. Если это проблема сглаживания выборки, то артефакт должен исчезнуть.

В качестве альтернативы посмотрите на сигнал с помощью аналогового прицела Ye Olde.

Если окажется, что это артефакт выборки, вернитесь назад и ознакомьтесь с теорией выборки, обращая особое внимание на то, что должен был сказать Найквист. Также узнайте о «псевдонимах».

По существу, 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 выборки все выглядит как частота от 0 до половины частоты дискретизации, независимо от того, была ли она ранее в этом диапазоне или нет.

На практике хорошо иметь допустимый запас между двойной самой высокой частотой входного сигнала и частотой дискретизации.

— Олин Латроп
источник

Спасибо за это, Олин. Настройка окна захвата для включения только одного или двух циклов на деление помогает (за счет разрешения в частотной области). Кроме того, просмотр с использованием аналогового прицела показывает хорошие часы без дрожания. Я полагаю, что недоверчивой части меня трудно примирить, привели ли сделанные мной корректировки к более точному представлению исходного сигнала или я только что набрал то, что не хотел видеть, если это имеет смысл. К сожалению, я не могу настроить окно захвата так, чтобы оно было полным числом циклов, что также помогло бы.

— stefandz

@stefandz Вот почему я намекнул, возможно, на ошибку оператора - я не был бы настолько уверен, что FFT в Rigol работает со всеми этими 1 Гс / с, когда вы уменьшены. Возможно, он имеет разные режимы, сбрасывая выборки до фиксированного числа, чтобы набрать скорость. Может быть, вы можете отключить это.

— труба

@pipe, возможно, время для меня в RTM!

— stefandz

Прицелы @stefandz Rigol (по крайней мере, серии 1000Z) имеют эту привычку выводить измерения только на основе отображаемых данных. Я считаю, что даже при частоте дискретизации 1Ts / s вы будете ограничены показаниями на экране. Попробуйте получить необработанные данные и вычислить БПФ на ПК, чтобы увидеть, получите ли вы тот же результат. Нечто подобное rheslip.blogspot.com/2015/09/… может помочь.

— Средний Ваштар

@Dmitry: Да, это звучит как что-то, по крайней мере, рассмотреть, когда вы видите такого рода артефакт.

— Олин Латроп