Seltsame zusätzliche Frequenz im Quarzoszillator

Ich habe eine Schaltung von einem anderen Designer geerbt, die einen 12,288-MHz-Quarz als Quelle für eine Audiouhr verwendet. Wir hatten kürzlich Probleme mit der Lieferkette und ich wurde gebeten, ein alternatives Teil mit identischen Spezifikationen zu genehmigen. Als Teil davon habe ich eine FFT unserer "Golden Sample" -Einheit und den neuen betrachteten Kristall verglichen.

Ich war überrascht, dass die FFT beider Einheiten folgendermaßen aussah:

Hier sehen Sie zwei Frequenzspitzen - eine bei 12,28 MHz (nahe den erwarteten 12,288 MHz) - und eine andere mit ziemlich identischer Amplitude bei 12,72 MHz. Das sieht für mich nach einer schlechten Nachricht aus - obwohl der Audioausgang für mein Ohr gut klingt.

Weiß jemand, was die wahrscheinliche Ursache dafür ist? Angesichts der Tatsache, dass dies zum Takten eines DSP verwendet wird (der ihn als Audio-Taktquelle verwendet), gibt es wahrscheinlich negative Auswirkungen dieser Art von Verhalten?

clock crystal fft

— stefandz
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Beispiel-Aliasing?

— Ignacio Vazquez-Abrams

Es riecht nach Oszilloskop-Bedienerfehlern, aber ich besitze kein Rigol, daher weiß ich nicht, wonach ich suchen soll.

— Pipe

Ein DSO mit FFT-Funktion ist nicht dasselbe wie ein echter Spektrumanalysator. Es könnte ein Artefakt der DSO-FFT sein. Haben Sie die Möglichkeit, eine echte SA zu verwenden?

— Curd

Schließen Sie das Zielfernrohr direkt über den Kristall an? Wenn Sie dies tun, "zieht" die Kapazität der Sonden die Kristallfrequenz.

— Steve G

Ich prüfe den Ausgang des Kristallverstärkers, der möglicherweise immer noch die Oszillationsfrequenz ein wenig zieht, aber ich würde nicht erwarten, diesen zweiten Peak zu sehen. Ich stimme jedoch zu, dass dies aufgrund der FFT kein echtes Spektrum ist. Ich habe keine echte SA, werde aber sehen, ob ich Zugang zu einer bekommen kann.

— Stefandz

Antworten:

Zwei Beobachtungen:

12,28 und 12,72 sind um 12,50 MHz genau symmetrisch.
Die angezeigte Wellenform scheint "Beats" zu enthalten

Beats sind entweder real (Sie würden Beats sehen, wenn Sie eine Mischung aus zwei Frequenzen hätten) oder sie sind ein Sampling-Artefakt. Es ist nicht erforderlich, dass die Abtastfrequenz zu niedrig ist (im Sinne des Nyquist-Kriteriums) - es reicht aus, dass zwischen der Abtastfrequenz und der interessierenden Frequenz eine nahezu perfekte "Phasenverriegelung" besteht.

In diesem Fall denke ich, dass die Beats eine Folge der Art und Weise sind, wie die Daten angezeigt werden. Ich habe ein paar Codezeilen geschrieben, um dies zu simulieren. Wenn Sie davon ausgehen, dass Ihre Anzeige 512 Pixel breit ist und Sie ein Sample pro Pixelspalte anzeigen, erhalten Sie für die angegebene Frequenz das folgende Diagramm:

Was nicht von zwei Frequenzen zu unterscheiden ist, die miteinander schlagen. Jetzt weiß ich, dass Ihr Display wahrscheinlich schmaler ist, aber vielleicht gibt es einige Versuche, die Display-Software so clever zu gestalten - genau, um das Aliasing zu reduzieren. Aber "klug" ist nicht immer dasselbe wie "richtig".

Ich stimme Olin zu - setzen Sie das alte analoge Oszilloskop ein ... oder zeigen Sie zumindest weniger Zyklen auf Ihrem Bildschirm an, um zu sehen, was Ihnen das sagt.

— Floris
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Dies sieht wirklich wie ein Sampling-Artefakt an Ihrem Ende aus, nicht wie etwas, das der Kristall tut. Erweitern Sie die Scope-Zeitskala (niedrigere Zeit / Division), bis Sie höchstens ein oder zwei Zyklen pro Division haben. Wenn es sich um ein Sampling-Aliasing-Problem handelt, sollte das Artefakt verschwinden.

Alternativ können Sie das Signal mit einem Ye Olde Analog-Oszilloskop betrachten.

Wenn sich herausstellt, dass es sich um ein Stichprobenartefakt handelt, lesen Sie die Stichprobentheorie und achten Sie dabei besonders auf das, was Nyquist zu sagen hat. Erfahren Sie auch mehr über "Aliasing".

Grundsätzlich kann ein punktabgetasteter Stream nur Frequenzen bis zur Hälfte der Abtastrate beibehalten. Höhere Frequenzen als die Hälfte der Abtastrate sehen aus wie niedrigere Frequenzen im Eingangssignal. Anders ausgedrückt, nach dem Abtasten sieht alles wie eine Frequenz von 0 bis zur Hälfte der Abtastrate aus, unabhängig davon, ob sie zuvor in diesem Bereich lag oder nicht.

In der Praxis ist es gut, einen gesunden Abstand zwischen der doppelten höchsten Frequenz im Eingangssignal und der Abtastrate zu haben.

— Olin Lathrop
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Danke dafür, Olin. Das Anpassen des Erfassungsfensters auf nur ein oder zwei Zyklen pro Teilung hilft (auf Kosten der Frequenzbereichsauflösung). Die Anzeige mit einem analogen Oszilloskop zeigt auch eine schöne, jitterfreie Uhr. Ich denke, der misstrauische Teil von mir findet es schwierig zu vereinbaren, ob die von mir vorgenommenen Anpassungen zu einer genaueren Darstellung des ursprünglichen Signals führen oder ob ich gerade herausgewählt habe, was ich nicht sehen wollte, wenn das Sinn macht. Leider kann ich das Erfassungsfenster nicht auf eine vollständige Anzahl von Zyklen einstellen, was ebenfalls hilfreich wäre.

— Stefandz

@stefandz Aus diesem Grund habe ich möglicherweise auf einen Bedienerfehler hingewiesen. Ich wäre mir nicht sicher, ob die FFT in Rigol mit all diesen 1 Gs / s funktioniert, wenn Sie herausgezoomt sind. Möglicherweise gibt es verschiedene Modi, bei denen die Samples auf eine feste Zahl abgesenkt werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen. Vielleicht kannst du das ausschalten.

— Pipe

@pipe vielleicht mal für mich zu RTM!

— Stefandz

@ stefandz Rigol-Oszilloskope (mindestens die 1000Z-Serie) haben die Angewohnheit, Messungen nur auf der Grundlage der angezeigten Daten auszugeben. Ich glaube, dass Sie selbst bei einer Abtastrate von 1T / s durch das, was auf dem Bildschirm angezeigt wird, eingeschränkt werden. Versuchen Sie, die Rohdaten zu erfassen und die FFT auf einem PC zu berechnen, um festzustellen, ob Sie das gleiche Ergebnis erhalten. So etwas wie rheslip.blogspot.com/2015/09/… könnte helfen.

— Sredni Vashtar

@Dmitry: Ja, das klingt nach etwas, das man zumindest berücksichtigen sollte, wenn man solche Artefakte sieht.

— Olin Lathrop