Étrange fréquence supplémentaire dans l'oscillateur à cristal

J'ai hérité d'un circuit d'un autre concepteur utilisant un cristal 12,288 MHz comme source pour une horloge audio. Nous avons récemment eu des problèmes de chaîne d'approvisionnement et on m'a demandé d'approuver une pièce de rechange avec des spécifications identiques. Dans ce cadre, j'ai comparé une FFT de notre unité "échantillon d'or" et le nouveau cristal considéré.

J'ai été surpris de constater que la FFT des deux unités ressemblait à ceci:

Ici, vous pouvez voir deux pics de fréquence - un à 12,28 MHz (proche des 12,288 MHz attendus) - et un autre avec une amplitude à peu près identique à 12,72 MHz. Cela ressemble à de mauvaises nouvelles pour moi - bien que la sortie audio sonne bien à mon oreille.

Quelqu'un sait-il quelle en est probablement la cause? Étant donné que cela est utilisé pour synchroniser un DSP (qui l'utilise comme source d'horloge audio), ce type de comportement risque-t-il d'avoir des impacts négatifs?

clock crystal fft

— Stefandz
source

Exemple d'aliasing?

— Ignacio Vazquez-Abrams

Ça sent l'erreur de l'opérateur de l'oscilloscope, mais je ne possède pas de Rigol donc je ne sais pas quoi chercher.

— pipe

Un DSO avec fonction FFT n'est pas la même chose qu'un véritable analyseur de spectre. Il pourrait s'agir d'un artefact du DSO-FFT. Avez-vous la possibilité d'utiliser un véritable SA?

— Curd

Connectez-vous la lunette directement à travers le cristal? Si vous le faites, la capacité des sondes "tirera" la fréquence du cristal.

— Steve G

Je sonde la sortie de l'amplificateur à cristal, ce qui peut encore tirer un peu la fréquence d'oscillation, mais je ne m'attendrais pas à voir ce deuxième pic. Cependant, je suis d'accord que ce n'est pas un vrai spectre à cause de la FFT. Je n'ai pas de véritable SA mais je verrai si je peux y accéder.

— stefandz

Réponses:

Deux observations:

12,28 et 12,72 sont exactement symétriques par rapport à 12,50 MHz.
La forme d'onde affichée semble contenir des "battements"

Les battements sont réels (vous verriez des battements si vous aviez un mélange de deux fréquences) ou ils sont un artefact d'échantillonnage. Il n'est pas nécessaire que la fréquence d'échantillonnage soit trop basse (au sens du critère de Nyquist) - il suffit qu'il y ait un "verrouillage de phase" presque parfait entre la fréquence d'échantillonnage et la fréquence d'intérêt.

Dans ce cas, je pense que les battements sont une conséquence de la façon dont les données sont affichées. J'ai écrit quelques lignes de code pour simuler cela. Si vous supposez que votre affichage fait 512 pixels de large et que vous affichez un échantillon par colonne de pixels, alors pour la fréquence donnée, vous obtenez le tracé suivant:

Ce qui est indiscernable de deux fréquences qui se battent. Maintenant, je sais que votre écran est probablement plus étroit que cela, mais il y a peut-être une tentative d'intelligence dans le logiciel d'affichage - précisément pour tenter de réduire l'aliasing. Mais «intelligent» n'est pas toujours le même que «juste».

Je suis d'accord avec Olin - mettez l'ancienne portée analogique au travail ... ou à tout le moins, affichez moins de cycles sur votre écran pour voir ce que cela vous dit.

— Floris
source

Cela ressemble vraiment à un artefact d'échantillonnage de votre côté, pas quelque chose que le cristal fait. Développez l'échelle de temps de l'oscilloscope (temps / division inférieur) jusqu'à ce que vous n'ayez qu'un cycle ou deux par division au maximum. S'il s'agit d'un problème de repliement d'échantillonnage, l'artefact devrait disparaître.

Alternativement, regardez le signal avec une lunette analogique Ye Olde.

S'il s'avère que c'est un artefact d'échantillonnage, revenez en arrière et lisez la théorie de l'échantillonnage, en accordant une attention particulière à ce que Nyquist avait à dire. En savoir plus sur le "crénelage".

Fondamentalement, un flux d'échantillonnage ponctuel ne peut conserver que des fréquences jusqu'à la moitié de la fréquence d'échantillonnage. Des fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage ressemblent à des fréquences plus basses dans le signal d'entrée. Autrement dit, après l'échantillonnage, tout ressemble à une fréquence de 0 à la moitié de la fréquence d'échantillonnage, que ce soit dans cette plage avant ou non.

En pratique, il est bon d'avoir une marge saine entre deux fois la fréquence la plus élevée du signal d'entrée et la fréquence d'échantillonnage.

— Olin Lathrop
source

Merci pour ça, Olin. L'ajustement de la fenêtre de capture pour inclure seulement un ou deux cycles par division aide (au détriment de la résolution du domaine fréquentiel). De plus, la visualisation à l'aide d'un oscilloscope analogique montre une belle horloge sans gigue. Je suppose que la partie méfiante de moi a du mal à concilier si les ajustements que j'ai faits aboutissent à une représentation plus fidèle du signal d'origine ou si je viens de composer ce que je ne voulais pas voir, si cela a du sens. Malheureusement, je ne peux pas régler la fenêtre de capture sur un nombre complet de cycles, ce qui pourrait également aider.

— stefandz

@stefandz C'est pourquoi j'ai fait allusion à une erreur d'opérateur peut-être - je ne serais pas si sûr que la FFT à Rigol fonctionne avec tous ces 1 G / s lorsque vous avez un zoom arrière. Peut-être qu'il a différents modes, en réduisant les échantillons à un nombre fixe pour gagner en vitesse. Vous pouvez peut-être désactiver cela.

— pipe

@pipe peut-être le temps pour moi de RTM!

— stefandz

Les oscilloscopes @stefandz Rigol (au moins la série 1000Z) ont cette habitude de produire des mesures basées uniquement sur les données affichées. Je crois que même avec un taux d'échantillonnage de 1T / s, vous serez limité par ce qui est affiché à l'écran. Essayez d'acquérir les données brutes et de calculer la FFT sur un PC pour voir si vous obtenez le même résultat. Quelque chose comme ça rheslip.blogspot.com/2015/09/… pourrait aider.

— Sredni Vashtar

@Dmitry: Oui, cela ressemble à quelque chose à considérer au moins lorsque vous voyez ce type d'artefact.

— Olin Lathrop