Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera

ghost666 26 Sty 2017 21:43 2727 2
  • Jak mówi popularne przysłowie "jesteś tym co jesz". Używa się go zazwyczaj w kontekście doradzania odpowiedniego doboru diety, gdyż to co jemy ma bezpośredni wpływ na nasze zdrowie. Jednakże powiedzenie to sprawdza się także w kontekście elektroniki, zwłaszcza układów 'karmionych' sygnałami referencyjnymi. Koncepcja ta doskonale opisuje to jak zachowywać się będzie syntezer czy pętla ze sprzężeniem fazowym (PLL) - jeśli zegar odniesienia, jaki podłączony jest do układu generować będzie przebieg o kiepskiej jakości, to i sygnał z syntezera/PLL będzie słaby.

    W poniższym artykule przyjrzymy się wpływowi szumu fazowego (jitteru) sygnału zegara odniesienia, jaki podłączony jest do pętli PLL, na działanie samej pętli i jakość generowanego przez nią przebiegu. Na rysunku 1 zaprezentowano ideowo opisywane zjawisko - szum fazowy zegara podanego na PLL ulega wzmocnieniu w tym układzie i obecny jest na wyjściu z dużo większą amplitudą.

    Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera
    Rys.1. Ideowe przedstawienie zjawiska wzmocnienia szumu sygnału zegarowego przez pętle PLL.


    W poniższym materiale na trzech przykładowych systemach przyjrzymy się wpływowi szumu zegara na działanie pętli PLL oraz sposobom analizowania tegoż wpływu, co pozwoli nam na wyznaczenie na ile szum ten zniekształca nasz sygnał wyjściowy.

    Układ złożony z pętli PLL i oscylatora sterowanego napięciowo (VCO) stanowi kompletny układ działający w sprzężeniu zwrotnym, który wykorzystując sygnał z oscylatora o niskiej częstotliwości (np. 10 MHz oscylatora z kryształem kwarcowym) do generacji o wiele wyższych częstotliwości (na przykład układ LMX2592 jest w stanie generować sygnały o częstotliwości do 9,8 GHz).

    Przykład 1

    Rysunek 2 pokazuje wykres szumu fazowego dla jednej ze wstęg bocznych sygnału. Pomarańczowa linia pokazuje 100 MHz sygnał odniesienia pochodzący z oscylatora kwarcowego z niskim szumem fazowym. W tym przykładzie wspominany wyżej układ LMX2582 skonfigurowany jest do generacji częstotliwości 5160,96 MHz. W związku z tym skalowaniem, skalowana jest także amplituda jitteru, jej wzmocnienie równe jest $$20 \times log (\frac{5160,96}{100}) = 34,25 dB$$. Brązowa linia na rysunku 2 pokazuje przeskalowany szum fazowy, taki jak wynika z obliczeń, a czerwona linia obrazuje realny pomiar parametrów wyjściowych.

    Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera
    Rys.2. Szum fazowy w systemie zasilanym niskoszumnym przebiegiem 100 MHz, podczas generowania 5160,96 MHz na wyjściu LMX2582.


    Przy wykorzystaniu sygnału odniesienia dobrej jakości, takiego jak pokazany na rysunku 2 syntezer działa bardzo dobrze, a szum na wyjściu jest niewielki bo i szum zegara wejściowego jest mały. Warto zwrócić szczególną uwagę na pik około 120 Hz od częstotliwości wejściowej - widoczny jest on w sygnale wyjściowym co oznaczać może problemy - ten szum przenikać będzie na wyjście i może finalnie pogorszyć parametry szumowe całego syntezera.

    Przykład 2

    Na rysunku 3zaprezentowano kolejny przykład, tym razem z sygnałem wejściowym o częstotliwości równej 122,88 MHz. Częstotliwość wyjściowa z układu była taka sama jak poprzednio. W tym przypadku szum wzmacnia się o 32,46 dB. Gdy spojrzymy na wykres, łatwo zauważyć jest, np. w okolicy 2 kHz, że zwiększony szum wejściowy przełożył się na zwiększenie szumu na wyjściu z syntezera w porównaniu z przykładem pokazanym na rysunku 2 - aby otrzymać 'czysty' przebieg na wyjściu z LMX2582, na jego wejście podać musimy także dobrej jakości sygnał referencyjny.

    Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera
    Rys.3. Szum fazowy w systemie zasilanym zaszumionym przebiegiem 122,88 MHz, podczas generowania 5160,96 MHz na wyjściu LMX2582.


    Przykład 3

    Rysunek 4 prezentuje kolejny scenariusz. W tym przypadku na wejściu znajduje się ten sam oscylator 122,88 MHz, ale wprawiony w wibracje. Od dawna znane jest zjawisko zwiększania się poziomu szumu gdy oscylator kwarcowy wprawi się w mechaniczne wibracje. Szum wprowadzony do sygnału pogarsza jakość sygnału wyjściowego tak samo jak wyższy poziom szumu fazowego.

    Oprócz wibracji podobny wpływ na jakość sygnału z oscylatora mogą mieć inne czynniki - temperatura, wilgotność, wiek etc. Konieczna jest znajomość wpływu tych czynników na wykorzystany rezonator, aby móc w pełni oszacować jakość sygnału z jakim będziemy mieli do czynienia na wyjściu z syntezera.

    Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera
    Rys.4. Szum fazowy w systemie zasilanym bardzo zaszumionym przebiegiem 122,88 MHz, podczas generowania 5160,96 MHz na wyjściu LMX2582.


    Tabelka odniesienia

    Jako poradnik można wykorzystać poniższą, podsumowującą tabelkę, która pokazuje jak skaluje się szum obecny na wejściu. Jak widać w załączonej tabeli, jeśli szum wyjściowy jest taki sam jak wejściowy, przeskalowany o wzmocnienie (0 dB różnicy), to szum zwiększa się efektywnie o 3 dB (podwaja się). Analogicznie wyznaczono kolejne wartości.

    Negatywny wpływ słanego zegar odniesienia na pracę pętli PLL lub syntezera


    Miejmy nadzieje, że powyższe przykłady uzmysłowiły Wam, jak istotne dla uzyskania optymalnych parametrów układów do syntezy sygnałów jest 'karmienie' ich odpowiedniej jakości sygnałami referencyjnymi. Pamiętajmy też, że zasada ta tyczy się nie tylko tych konkretnych urządzeń, ale także i wszystkich innych układów, pobierających sygnały z zewnątrz.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/01/10/don-t-let-bad-reference-signals-destroy-the-phase-noise-in-your-pll-synthesizer

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9973 postów o ocenie 8225, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    komatssu
    Poziom 28  
    Syntezator to taki instrument muzyczny, a w artykule chodziło raczej o syntezer.
  • #3
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    komatssu napisał:
    Syntezator to taki instrument muzyczny, a w artykule chodziło raczej o syntezer.


    Dzięki za uwagę, poprawiłem :).