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Misurare rumore di fase di un convertitore di frequenza

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Misurare rumore di fase di un convertitore di frequenza

Messaggioda Foto Utentecoto » 24 set 2020, 20:21

Ciao a tutti,

come da titolo, avrei bisogno di aiuto per chiarirmi le idee su come misurare il rumore di fase di un convertitore di frequenza digitale.

Il dispositivo e' un prescaler base come da schema
prescaler.png

La frequenza in ingresso e' 160MHz, quella in uscita 5MHz (diviso 32).

A me interessa il solo contributo del prescaler, il target dovrebbe essere migliore di -160dBc/Hz tra 1kHz e 1MHz di offset dalla portante che e' 5MHz.

Ho misurato in passato il phase noise di oscillatori sia con oscilloscopio che analizzatore di spettro, in questo caso pero' mi spiazzano tre cose:
-e' un dispositivo a due porte, dunque va escluso il contributo del rumore di fase della sorgente di clock
-sono onde quadre e non so come si comportano i front-end degli analizzatori che di solito sono tutti in AC
-occorre un partitore perche' l'ampiezza del segnale e' superiore a quella consentita in ingresso all'analizzatore, dunque sono preoccupato che questo possa influenzare la misura.

Supponendo di avere strumenti a piacere, voi come fareste questa misura?
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[2] Re: Misurare rumore di fase di un convertitore di frequenza

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 25 set 2020, 8:39

Sono poco qualificato a risponderti, anni fa ne sapevo qualcosa, ora i miei ricordi sono confusi.
Visto che fino ad ora nessuno ti ha risposto ti comunico il mio modesto parere.

La frequenza in ingresso e' 160MHz, quella in uscita 5MHz (diviso 32).
Il titolo è poco preciso, è un divisore di frequenza un tipo particolare di convertitore di frequenza.

il target dovrebbe essere migliore di -160dBc/Hz tra 1kHz e 1MHz di offset dalla portante che e' 5MHz. L'estremo superiore di 1 MHz mi pare molto alto, sarà sepolto sotto il rumore bianco.

Ho misurato in passato il phase noise di oscillatori sia con oscilloscopio che analizzatore di spettro, in questo caso pero' mi spiazzano tre cose:

-e' un dispositivo a due porte, dunque va escluso il contributo del rumore di fase della sorgente di clock.
Supponi che il contributo di rumore della sorgente di clock sia trascurabile.
Oppure, meglio, lo puoi misurare separatamente.

-sono onde quadre e non so come si comportano i front-end degli analizzatori che di solito sono tutti in AC. Potresti applicare un filtro bassa basso che in prima approssimazione lascia passare solo la fondamentale.
Togliere la componente continua è la cosa più semplice.

-occorre un partitore perche' l'ampiezza del segnale e' superiore a quella consentita in ingresso all'analizzatore, dunque sono preoccupato che questo possa influenzare la misura.
Influenza, ma il rumore di un partitore dovrebbe essere solo "bianco" ossia indipendente dalla frequenza, dovrebbe aumentare solo il pavimento (floor) del rumore.
Forse a frequenza inferiori ai 10 Hz entra in azione il rumore Flicker proporzionale a 1/F.Ma gli scostamenti <1kHz non ti interessano.

Per la misura, farei battere (moltiplicare con un mixer a diodi) il segnale a 5 MHz con un 5 MHz di riferimento e misurerei il tutto con un analizzatore di spettro nel campo 0 - 1 MHz o meno.

E' funzione del tempo non della frequenza, non ricondo come corrisponda alla frequenza, ma con un contatore automatico potresti misurare la varianza di Allen.

Attendo anche io di leggere altri commenti. Buone (lunghe, instabili e noiose) misure O_/

post s.: ho trovato questo:
https://digilander.libero.it/rvise/xtal ... 0noise.htm
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[3] Re: Misurare rumore di fase di un convertitore di frequenza

Messaggioda Foto Utentecoto » 25 set 2020, 20:22

MarcoD grazie mille per le risposte e per il link.

oggi ho fatto l'fft di alcuni generatori, 100MHz di carrier, ampiezza 1.6V pp
generatori.jpg

andiamo molto male, siamo molto lontani dai -160dB, oltretutto i due migliori, anche se sembra siano sotto il fondo di rumore dell'oscilloscopio, sono ad uscita sinusoidale purtroppo.

Ho capito che mi devo cercare un cristallo serio, o meglio se ho ben interpretato il tuo suggerimento devo procurarmi:
-1 riferimento da 160MHz
-1 riferimento da 5MHz
-un mixer a diodi
-un analizzatore di spettro
tutti con phase noise migliore di -160dBc/Hz.
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[4] Re: Misurare rumore di fase di un convertitore di frequenza

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 26 set 2020, 8:49

Una pensata, sarà corretta?:
Se disponi di un secondo divisore di frequenza identico, lo puoi pilotare con lo stesso generatore a 160 MHz del primo.
Applichi le uscite dei due divisori agli ingressi di un mixer e in uscita misuri il rumore. Il rumore sarà +3 dB di quello di un solo divisore.
Dato che il generatore a 160 MHz è in comune, il suo rumore si dovrebbe compensare.
Forse prima degli ingressi del mixer devi mettere due filtri passa basso con frequenza di taglio di 7 MHz, per fare passare la fondamentale e tagliare le artmoniche dell'onda quadra. O funziona anche senza filtri?
O per non saturare il mixer potresti sfasare di 90° con un cavetto coax uno dei due ingressi ai divisori?
A 160 MHz 1/4lambda = 0.47 m,
cavo RG58 con coeff velocità 0.65 = 0.47 x 0.65 = lungo 30 cm circa.
Attento a rispettare le impedenze di carico, 50 ohm ?

Quanti problemi da risolvere --- hi O_/

O_/
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