Frekuensi ekstra aneh dalam osilator kristal

9

Saya telah mewarisi sirkuit dari desainer lain menggunakan kristal 12.288 MHz sebagai sumber untuk jam audio. Kami baru-baru ini memiliki masalah rantai pasokan dan saya diminta untuk menyetujui bagian pengganti dengan spesifikasi yang sama. Sebagai bagian dari ini saya membandingkan FFT unit "sampel emas" kami dan kristal baru yang sedang dipertimbangkan.

Saya terkejut menemukan bahwa FFT dari kedua unit terlihat seperti ini:

FFT dengan dua puncak jarak yang berdekatan

Di sini Anda dapat melihat dua puncak frekuensi - satu di 12,28 MHz (dekat dengan yang diharapkan 12.288 MHz) - dan satu lagi dengan amplitudo yang hampir sama pada 12,72 MHz. Ini sepertinya berita buruk bagi saya - meskipun output audio terdengar bagus di telinga saya.

Adakah yang tahu apa kemungkinan penyebabnya? Mengingat ini digunakan untuk clock DSP (yang menggunakannya sebagai sumber jam audio) apakah ada kemungkinan dampak negatif dari perilaku semacam ini?

stefandz
sumber
3
Contoh aliasing?
Ignacio Vazquez-Abrams
2
Baunya seperti kesalahan operator osiloskop, tapi saya tidak memiliki Rigol jadi saya tidak tahu harus mencari apa.
pipa
1
DSO dengan fungsi FFT tidak sama dengan Spectrum Analyzer nyata. Ini bisa menjadi artefak dari DSO-FFT. Apakah Anda memiliki kemungkinan untuk menggunakan SA nyata?
Dadih
1
Apakah Anda menghubungkan ruang lingkup secara langsung di kristal? Jika Anda melakukannya maka kapasitansi probe akan "menarik" frekuensi kristal.
Steve G
Saya menyelidiki keluaran penguat kristal, yang masih mungkin menarik frekuensi osilasi sedikit, tetapi saya tidak akan berharap untuk melihat puncak kedua ini. Namun saya setuju bahwa ini bukan spektrum yang benar karena FFT. Saya tidak memiliki SA nyata tetapi akan melihat apakah saya bisa mendapatkan akses ke satu.
stefandz

Jawaban:

9

Dua pengamatan:

  1. 12.28 dan 12.72 persis simetris sekitar 12,50 MHz.
  2. Bentuk gelombang yang ditampilkan tampaknya memiliki "ketukan" di dalamnya

Ketukan itu nyata (Anda akan melihat ketukan jika Anda memiliki campuran dua frekuensi yang ada) atau ketukan itu adalah artefak pengambilan sampel. Frekuensi pengambilan sampel tidak perlu terlalu rendah (dalam arti kriteria Nyquist) - cukup untuk "kunci fase" yang hampir sempurna antara frekuensi sampel, dan frekuensi bunga.

Dalam hal ini, saya pikir ketukan adalah konsekuensi dari cara data ditampilkan. Saya menulis beberapa baris kode untuk mensimulasikan ini. Jika Anda berasumsi bahwa tampilan Anda adalah lebar 512 piksel, dan Anda menampilkan satu sampel per kolom piksel, maka untuk frekuensi yang diberikan Anda mendapatkan plot berikut:

masukkan deskripsi gambar di sini

Yang tidak bisa dibedakan dari dua frekuensi saling mengalahkan. Sekarang saya tahu tampilan Anda mungkin lebih sempit dari itu, tapi mungkin ada beberapa upaya kepintaran dalam perangkat lunak tampilan - tepatnya untuk mencoba mengurangi alias. Tapi "pintar" tidak selalu sama dengan "benar".

Saya setuju dengan Olin - aktifkan cakupan analog lama ... atau paling tidak, tampilkan lebih sedikit siklus di layar Anda untuk melihat apa yang memberitahu Anda.

Floris
sumber
12

Ini benar-benar terlihat seperti artefak pengambilan sampel di pihak Anda, bukan sesuatu yang dilakukan kristal. Perluas skala waktu lingkup (waktu / divisi lebih rendah) hingga Anda hanya memiliki satu atau dua siklus per divisi paling banyak. Jika itu adalah contoh alias, maka artifak itu akan hilang.

Atau, lihat sinyal dengan ruang lingkup Ye Olde Analog.

Jika ternyata itu adalah artefak pengambilan sampel, kembalilah dan baca teori pengambilan sampel, dengan memperhatikan apa yang dikatakan Nyquist. Pelajari juga tentang "aliasing".

Pada dasarnya, aliran sampel titik hanya dapat mempertahankan frekuensi hingga setengah dari laju sampel. Frekuensi yang lebih tinggi dari setengah laju sampel terlihat seperti frekuensi yang lebih rendah dalam sinyal input. Dengan kata lain, setelah pengambilan sampel semuanya tampak seperti frekuensi dari 0 hingga setengah tingkat sampel, apakah itu dalam kisaran itu sebelumnya atau tidak.

Dalam praktiknya, ada baiknya memiliki margin sehat antara dua kali frekuensi tertinggi dalam sinyal input dan laju sampel.

Olin Lathrop
sumber
4
Terima kasih untuk ini, Olin. Menyesuaikan jendela tangkap untuk memasukkan hanya satu atau dua siklus per divisi membantu (dengan biaya resolusi domain frekuensi). Juga, menonton menggunakan lingkup analog menunjukkan jam yang bagus dan bebas jitter. Saya kira bagian saya yang tidak percaya merasa sulit untuk mendamaikan apakah penyesuaian yang saya buat menghasilkan representasi yang lebih setia dari sinyal asli atau apakah saya baru saja membatalkan apa yang tidak ingin saya lihat, jika itu masuk akal. Sayangnya saya tidak dapat menyesuaikan jendela tangkap menjadi sejumlah siklus yang juga akan membantu.
stefandz
4
@stefandz Inilah sebabnya saya mengisyaratkan mungkin kesalahan operator - Saya tidak akan begitu yakin bahwa FFT di Rigol bekerja dengan semua 1 Gs / s saat Anda diperbesar. Mungkin memiliki mode yang berbeda, menjatuhkan sampel ke nomor tetap untuk mendapatkan kecepatan. Mungkin Anda bisa mematikannya.
pipa
2
@pipe mungkin saatnya bagi saya untuk RTM!
stefandz
2
Ruang lingkup @stefandz Rigol (setidaknya seri 1000Z) memiliki kebiasaan menghasilkan pengukuran berdasarkan hanya pada data yang ditampilkan. Saya percaya bahwa bahkan dengan sampling rate 1Ts / s Anda akan dibatasi oleh apa yang ditampilkan di layar. Cobalah untuk memperoleh data mentah dan hitung FFT pada PC untuk melihat apakah Anda mendapatkan hasil yang sama. Sesuatu seperti rheslip.blogspot.com/2015/09/... ini mungkin membantu.
Sredni Vashtar
1
@ Sentry: Ya, itu terdengar seperti sesuatu yang setidaknya dipertimbangkan ketika Anda melihat artefak semacam itu.
Olin Lathrop