Мерять джиттер - это просто!

[s3tup]

Или нет...

Как оказалось, все - предельно просто. (или нет - попитнайте пожалуста!).
Сподвиг меня на сие действо один очень плохой парень с diyhifi.org. Плохой - потому, что справедливый

Мерять джиттер можно разными образами.
- Осциллограф с большой памятью и высокой частотой сэмплирования. В итоге - памяти всеравно мало, разрешение АЦП низкое. Дорого. Зато приятный бонус - можно скриншоты в интернет выкладывать. Стоит в пределах 10-50к$.
- Спектрум аналайзер. Дорого, либо высокая шумовая полка, низкое разрешение. Спектрум - штука полезная в хозяйстве. За скриншоты придется доплатить, много.
- Прецизионный счетчик с GPIB. Хорошо при маленьких отстройках, но с более высокими частотами отстройки - сложно. Понятья не имею по точности, но allan deviation им смотреть - помойму, самое то. Сильно специфично, можно часы на кухню соорудить. Громоздко (в плане часов).
- Signal Source Analyzer. О! То, что нужно. Правда очень дорого (90k$) и очень специфично.

Как работает Signal Source Analyzer? Очень просто
В нем кучу разных аттенюаторов, много VCO с очень низким ФШ и широкой подстройкой, миксеры, АЦП крутой - с высоким sample rate и приличным разрешением, DSP и все прочее.
Но - все это для того, чтоб можно было мерять от 10мег до 6гиг.
Нам это все не нужно - ни VCO, ни гигагерцы. Достаточно замера до 100мег, на определенных частотах без подстройки.
Что сильно все упрощает.
Нужна сама суть - смесить два клока, измеряемый и референсный, получить разностный сигнал, оцифровать и прогнать через FFT длинный.

Затея: смесить два клока, получить разностный и суммарный сигнал (на входе миксера имеем 50мег и 50.1мег, на выходе - 100.1мег промодулированные 0.1мег).
Фильтруем выход миксера, оставляя 0.1мег. Меряем их звуковушкой.
На деле разностный сигнал - далеко не 0.1мег, а ближе к килогерцам (и ниже). Что дает нам возможность натравить на него FFT звуковушки, и получить спектр.

Спектр выглядит весьма незатейливо - тот-же J-Test, только несущая частота попадает как повезет (ибо разные клоки по разному отклоняются от требуемой частоты).
Есть и юбка, которая соответсвует джиттеру. Она нам и интересна.

Была собрана следующая системка на коленке, содержащая:
- Два одинаковых осциллятора на 50мег каждый, запитанны от батарейки, стаб - ЛМ317.
- Миксер WATKINS JOHNSON RF Mixer M1A DC-1000, 35$, eBay (первый попавшийся дешевый и DC).
- Аттенюаторы 20дб (позже заменены на 10дб, с выходным сопротивлением 50ом, на макетке генов).
- Low-Pass Filter "из того что было". Вход - 50ом в землю. последовательно-паралельно: 50ом-0.1мКф, 50ом-2.2нФ.
- Предусилитель, в итоге остановился на около-26дБ, на LME49710 в инверт включении, однополярно, 1мкф на входе и выходе. Без стаба, от батарейки.
- Звуковушка M-Audio Audiophile FireWire. То, что под руку попало, подключенное к компьютеру и с удобными коннекторами.
- SpectraPlus. Hanning, 44.1кГц 24бит, разное количество точек, разное "decimation". Класть по вкусу

В итоге - в спектраплюсе получил ожидаемое - пик несущей на 500Гц, с долгожданной "юбкой" джиттера, которая пляшет. Справа - гармошки от псевдо-синуса, который больше похож на треугольник. Ибо в миксер я затолкал обычный sqare wave клока.
Воизбежание сэкса с пересчетом максимального уровня сигнала, и относительно него - уровней в dBc всего графика, а так-же пересчета частоты, вывода графика где за "0Гц" берется частота несущей, и подсчет уровней при отстройках 0.1, 1, 10, 100, 1кГц - была написанна маленькая програмка, кушающаяя результат трудов SpectraPlus в виде файлика, и все нужное делающая, приводя отображение в соответствии с дорогущим Agilent E5052B, как в лучших домах Парижа.


Так выглядит девайсина:
Красотища то какая!


Без low-noise-amplifier (LNA):



Сам LNA на LME49710:


Способности SpectraPlus+програмки - это лупбэк звуковушки, 1кГц:




А это - измерения генов.
Без предусилителя:


Как-то неочень...

С предусилителем:




Другое дело!

По пересчету dBc в пикосекунды, имеем:
0.7ps >10Hz
0.4ps >100Hz

Сами гены (даташит) заявляют максимум 1пс при >1kHz.




Теперь о проблемах.
- Коррелированный ФШ (фазовый шум), если он одинаков и присутствует в обоих генах - взаимоисключается при конвертации, его мы не видим.
- Для замера нужно каждой твари по паре (два гена). По хорошему - нужно иметь reference, хотя-бы на 10дБ лучше измеряемого гена. Это нужно будет сделать.
- Если частоты измеряемого и референс генов сильно (>20кГц) разнесены - промерять их не сможем.
- Несущая частота немного плавает (ожидаемо). В итоге, при длинном FFT, ее уровень падает. В итоге, от ее упавшего уровня высчитываются значения dBc, которые оказываются меньше желанных



Помидоры в студию!
Програмку выложу, когда она будет более-менее приличной (сейчас она даже файл берет из строго одного места на диске Ц).

Вот.

Хотя вполне возможно, меня сильно прет. Я ничего такого не курил...

[АЛВАЛИ]

Помидоры в студию!

Ну зачем же так, в общем, все именно так и делают!!!
(Окромя канешна техх у ково йэсть крутячии приборы)

[boatsman]

Большая новость.

http://www.wenzel.com/documents/measuringphasenoise.htm

Сию методу с двумя одинаковыми осцилляторами (шум коррелируется) и звуковой картой разжевывают здесь

http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=5734 - 288 страниц.

И еще - на электрониксе, и вообще везде и очень давно.

Кстати, практически любой двойной балансный смеситель имеет один порт со связью по постоянке, рекомендую книжки Реда "Схемотехника приемников" и "Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике" почитать, соответствующие главы.

[s3tup]

Ну как-бы не новость...
Для меня - новость.
Ну, ммм, знать то я об этом знал, но представлял себе страшные грабли. А на деле - за пару часов все запустилось с полпинка.

Спасибо за ссылки!

Сегодня проверю более дельные осцилляторы, на выходных - запущу парочку Morion MV89a, он - самый самый по ФШ из легкодоставуемого.

Просто вокруг джиттера - море теорий заговора и отсылок к E5052. А на деле проверить - фихня делов. Те-же приемники SPDIF меряются на раз. Логика, платы, все подряд, благо давить сигнал до 7дбм нужно - входное сопротивление делителя получается (относительно) высоким, выходное - стандартные 50, и емкостью сильно не нагружается...

boatsman,
Еще раз спасибо! Там еще-й добротность кварцев проверяют, тем-же способом только наоборот .
И сравнивают с E5052...

Чегось то я RF избегал сильно. А оказывается, там тоже все просто

[boatsman]

на деле проверить - фихня делов

ну не совсем... Е5052 позволяет на любой частоте проверить.

давить сигнал до 7дбм нужно

Грубо - двойной балансный смеситель перегружается сигналом на 6дБ меньше опорного, если среднего уровня кольцевой с опорой 13дБм то да, до 7дБм. Это точка компрессии на 1дБ на АХ, с интермодами все похуже будет. У Реда все написано и разрисовано.

Давить сигнал лучше согласованными аттенюаторами с 50 Ом характеристическим сопротивлением, они еще и согласование улучшают. У смесителя входные импедансы есть штука весьма малоопределенная, и он любит "видеть" активную нагрузку на всех портах. Иначе динамика (амплитудная характеристика) меняется. Скажем, НЧ выход часто нагружают на предусилитель с ОБ или ОЗ, согласование и развязка хорошие.

[Openreel]

Чегось то я RF избегал сильно. А оказывается, там тоже все просто

Не очень просто, но затягивает.

Теперь стоит изучить что есть I/Q сигналы и как с ними работать. А дальше - открыть для себя волшебное слово - SDR приемники, где это уже все давно реализовано.

Камень SI570 - уже шедевр, все жду, когда кто догадается ставить в цап только один такой камень и софтверно с него требовать нужную частоту клока.
Один минус - жрет он много и греется.

[s3tup]

Подтянул усиление под -3дБ звуковушки, заменил 20дБ аттенюаторы на 10дБ. Полка шумовая отодвинулась, логично.

Затем засунул оба гена в коробку алюминиевую - ушли спуры 50Гц, закрытое воздушное пространство = юбка перестала прыгать, частота почти перестала плавать, ФШ сильно ушел вниз.
Ура! Еще 10дБ на 1Гц и мы дома!




Вчерашние сравнения кристальчиков из ящика, все 11.2мег (до подгонки уровней):
http://s3t.it/measurements/jitter-rig/
Правильная ссылка: http://s3t.it/jitter-rig/measurements-round-0/

[Vovk]

А ниже 10 Гц обычной звуковой картой разве можно толком что измерить?

[s3tup]

Около 0Гц звуковушки плохо работают. Но я меряю не начиная с 0Гц, а на (в случае последнего графика) 186Гц.
Потом вычитаю эти 186 из всего графика, и отображаю будто с "0" начал. Тогда все более-менее кошерно.

Разрешение около моих "виртуальных" 0Гц - вопрос размера окна FFT, частоты сэмплирования и включения функции decimation в спектраплюсе.
Я даже "frequency resolution" высчитываю - сколько Гц расстояния между каждой точкой FFT.

[boatsman]

В районе 0-10 Гц все убьет не звуковуха, а дрейф генераторов порядка 1е-6 для рядовых. Их лучше ставить в теплоемкую коробку (алюминий) и давать устаканиться полчасика.

заменил 20дБ аттенюаторы на 10дБ

Уровень на смеситель насколько отличается от указанного в даташите? Если шибко высокий, зашумит.

[sia_2]

Не очень просто, но затягивает.

Теперь стоит изучить что есть I/Q сигналы и как с ними работать. А дальше - открыть для себя волшебное слово - SDR приемники, где это уже все давно реализовано.

Камень SI570 - уже шедевр, все жду, когда кто догадается ставить в цап только один такой камень и софтверно с него требовать нужную частоту клока.
Один минус - жрет он много и греется.

Offтопик:
Ставят его, как и 598. Только а) печка б) поставки весьма нерегулярны.

boatsman,
Еще раз спасибо! Там еще-й добротность кварцев проверяют, тем-же способом только наоборот .
И сравнивают с E5052...

Чегось то я RF избегал сильно. А оказывается, там тоже все просто

Для цифровых генераторов практически идеальный смеситель - xor вентиль, напр. nc7sv86. Особенно после двух триггеров, работающих по тому фронту, который будет в дальнейшем использоваться (у генераторов довольно часто неодинаковый джиттер переднего и заднего фронтов)

[boatsman]

Для цифровых генераторов практически идеальный смеситель - xor вентиль, напр. nc7sv86

Естественно, но раз уж разорился - надо добивать
Еще варианты - шинные мультиплексоры, но также триггер требуется для балансировки.

А для диодных желательно уровень накачки точно устанавливать и если преобразование баланс-набаланс на ТДЛ, то может оказаться что ни один порт видеополосу не пропускает.

[Wired]

Для цифровых генераторов практически идеальный смеситель - xor вентиль, напр. nc7sv86.

на вьіходе получится чтото типа ШИМ, его фильтронуть и на звуковушку?

[boatsman]

Да, поскольку выше 10кГц нас вроде как ничего не интересует.

[s3tup]

Для цифровых генераторов практически идеальный смеситель - xor вентиль, напр. nc7sv86. Особенно после двух триггеров, работающих по тому фронту, который будет в дальнейшем использоваться (у генераторов довольно часто неодинаковый джиттер переднего и заднего фронтов)

Попробую, спасибо! Правда ходют слухи, что НЧ джиттер (около несущей) у CMOS-ов неочень. Хотя это можно просто промерить

В районе 0-10 Гц все убьет не звуковуха, а дрейф генераторов порядка 1е-6 для рядовых. Их лучше ставить в теплоемкую коробку (алюминий) и давать устаканиться полчасика.

Да, пока в коромку алюминиевую гены не положил - померять длинным FFT было невозможно - и частота бегала, и юбка прыгала. К тому-же 50гц торчали, что наверное тоже мешало генам устаканиться.

А для диодных желательно уровень накачки точно устанавливать и если преобразование баланс-набаланс на ТДЛ, то может оказаться что ни один порт видеополосу не пропускает.

Я с этими уровнями вконец запутался
dBm = это мощность, в милливаттах, уходящая в нагрузку (50Ом в нашем случае).
Выход 5в CMOS-а - примерно 0.9*5=4.5в. Последовательно-паралельная терминация кушает половину уровня, т.е. аттенюатор видит 2.25в = 100mW. Аттенюатор - 10дБ, на них насколько я понял - пишут аттенюацию мощности, т.е. на выходе аттенюатора получаем 10mW.
Миксер мой несчастный - заявлен как 7дБм. Дабы не перегрузить, нужно подавать 1дБм (спеки миксера горорят 0дБм для IR). А я 10дБм ввалил

20дБ аттенюатор как-бы правильней, но уровень по выходу получается сильно низкий (я посадил IF на 50Ом). Если не терминировать, то уровень вполне выше, но без терминации как-то не кошерно
Хотя ее (терминацию) можно только на ВЧ попробовать оставить...

Спеки моего миксера:

RF Frequency MHz	3-1000
LO Power Nominal dBm	7
Conversion Loss (Noise Figure)	6
IF Frequency MHz	DC-1000
IR Level at 1 dB compression point Typ. (dBm)	0
Isolation L-R Typ. dB	35
Isolation L-I Typ. dB	30
Input Intercept Point Typ. (dBm)	15

[boatsman]

пишут аттенюацию мощности

Это дБ по мощности и напряжению по "разам" разнятся, ослабление же в дБ - нет. Одинаково. То есть 10дБ есто 10раз по мощности и 3,16 по напряжению, но все одно 10дБ.

Ну так LO=7dBm и есть номинальный уровень накачки на порту LO, на порту RF не более 0дБм то есть 223мВ скз. Тогда номинал на порту IF будет -6дБм (сотня миллиВольт на 50 Ом).

Скачай у Бурмайстера мини дБ калькулятор http://www.dl5swb.de/ очень помогает.

Терминация (аттенюация) давит отраженки, которые могут возвращаться в генераторы и создавать лишние интермоды. Получается 2 раза ослабление аттенюатора для отраженной. То есть 20дБ для 10дБ блочка, это нормально и вполне достаточно.

А вот уровни на входе не должны перегружать смеситель - в принципе я уже писал, что LO может быть и ниже +7 но тогда НЕБОЛЬШОЙ проигрыш по шуму (Кпередачи), и все равно уровень на RF в данном случае нужно снижать.

Уровень прямоугольника в принципе можно грубо цифровым осцем померить, высокоомным пробником в разрыв тракта (тройник). Но я глазами вижу что это будет гемор (тракт на СМА и типа РГ31-6 или 174?)

[s3tup]

Тем временем поработал над софтовой частью, добавил себе ффт, большие окна и, самое главное, здоровенный индикатор буффера для замера - когда читаешь по три-шесть минут ФФТшки - сидишь и думаешь - зависло, поломалось или "еще чутчуть".
Заодно реализовал обычный спектр с замерами кни и отображением гармошек в dBc.
Реализовал скользящее окно ффт по заполняющемуся буферу дабы экран обновлялся чаще.
Со временем можно будет выбросить спектраплюс

[antecom]

Побаловался с измерением оценкой close-in fase noise. Оказывается можно оценить его методом прямой оцифровки синуса c ЦАП, только FFT нужно длинное. Я записывал трехминутный wav файл и скармливал его RMAA в котором делал FFT 8млн. семплов с окном Кайзера. Теоретический предел с этим окном -178дБ при отстройке на 2Гц (без пересчета к полосе 1Гц).
АЦП - E-MU1212. ЦАП на 63-х с болгарским транспортом.
Изначально стояли генераторы XpressO -> заменил на NDK2520SD -> стало лучше на пару dB (ожидал большего эффекта).
Далее штатный генератор E-MU на 49.152, заменил на NDK2520SD -> ФШ вырос на 5-6дБ. Все таки физику не обманешь, эти NDK слишком мелкие что бы иметь высокую добротность. Впаял штатные на место.
На картинках ФШ со штатным генератором карты и генератором NDK2520SD.
Со смесителем померю следующим этапом.

Да, у меня сейчас максимальная амплитуда на выходе ЦАП 1 вольт, по шкале АЦП это -10dBFS. Если оцифровать с уровнем 0dBFS картинки получатся более наглядные.

И ещё интересный замер - loopback карты (центральная картинка). Наглядно видно что вклад в ФШ вблизи несущей внутренних цепей микросхем ЦАП и АЦП и трассировки платы ничтожен по сравнению с вкладом шума генераторов.

[ALLEXE]

мне интересно как возможно измерять величину джиттера когда сгенирированный сигнал П - образной формы в программе Вэйвлаб от 20 до 22 000гц при любой частоте сэмплирования начинает себя очень плохо вести начиная от 16 000гц. это всё визуально видно в програмном спектроанализаторе самого Вэйвлаб. как такое вообще возможно что сигналы на уровне софта ведут себя совсем не идеально?

[s3tup]

Offтопик:

мне интересно как возможно измерять величину джиттера когда сгенирированный сигнал П - образной формы в программе Вэйвлаб от 20 до 22 000гц при любой частоте сэмплирования начинает себя очень плохо вести начиная от 16 000гц. это всё визуально видно в програмном спектроанализаторе самого Вэйвлаб. как такое вообще возможно что сигналы на уровне софта ведут себя совсем не идеально?

это проблема не сигнала, а самого софта а так-же интерпретации увиденного пользователем. искать по форуму по ключевым словам - Найквист, Котельников, Шеннон а так-же аудишн.
эта тема вызывает много флейма и недопонимания (в прошлый раз заняло страниц 10-15 минус потери на бан/затирания ), поэтому предлагаю в данной ветке ее не поднимать