Фазовый шум кварцевого генератора на КМОП инверторе

КРАМ

Возникла проблема связанная с фазовым шумом в устройстве и я никак не могу найти что либо по поводу минимизации фазового шума в простейшем кварцевом генераторе на КМОП инверторе. Как влияет применение наносекундной логики (74AHC). Так же интересует влияние на фазовый шум прохождение сигнала через триггер Шмитта.

Реклама

Martian

Честно скажу, что не особо понял о чем речь, но может, пальцем в небо удачно тыкну: может, такая усложненная схема (левая часть) в древнем компьютере решала именно эту проблему? Вряд ли это только для устойчивого запуска....

Реклама

КРАМ

Сложные схемы это хорошо, но сейчас я хочу в рамках имеющейся схемы минимизировать фазовый шум. Слишком долго переразводить достаточно сложную 4-слойную схему, а нужно нащупать решение проблемы.
Тут дело не только в самом генераторе. В устройстве сигнал с генератора проходит двумя разными путями - один через передатчик, а второй на гетеродин смесителя приемника прямого преобразования. Смысл в детектировании сигнала отраженного от RFID метки - то есть самого сигнала передатчика модулированного меткой. Сам по себе фазовый шум не так страшен, если эти два канала идентичны по влиянию на этот шум. Но лучше его уменьшить в самом генераторе. Проблема выражается в слишком высоком уровне шума на выходе приемника при включении передатчика даже без модуляции в сторону метки, а значит и без модуляции от метки.

vlasovzloy

Возможно плавает порого или пмтание или кварц. Керамика возле выводов питания, замена микросхесы, замена кварца. Пробовал это все?

Реклама

КРАМ

[uquote="vlasovzloy",url="/forum/viewtopic.php?p=4630325#p4630325"]Пробовал это все?[/uquote]Всего в узле генератора работают две микросхемы 74AHC1G04. Одна в самом генераторе и одна в качестве буфера на выходе. КАЖДАЯ из этих микросхем не только блокирована ДВУМЯ керамиками типоразмера 0805 (0,1мкФ и 1мкФ), но и питается через "бусину". Питание 3.3 Вольта от лоудроп линейного стабилизатора. Кварц SMD3025. Менялся при изготовлении 2 образца платы. Замена кварца ни на что не влияет. Завтра попробую поиграть с резистором в обратной связи инвертора.
Шум генератора хорошо виден на анализаторе спектра в виде пьедестала у "палки" основной частоты. Уровень пьедестала -70 дБ. Уровень шумов вне пьедестала примерно -80 дБ.

Реклама

Martian

запрос в гугле Phase noise in CMOS ring oscillators приводит ко многому интересному... и практически всему закрытому в журналах/библиотеках, где нужен доступ.
Из мельком прочитанной информации в открытых источниках видно два решения: изменение конструкции кварцевого резонатора (!

) или же его термостатирование. Последнее я не совсем понял, зачем? Исходя из тех причин его появления (которые также мелькают там и сям в текстах), термостатирование разве что сделает стабильным эту бяку...
Ща скачаю IEEE Journals of Solid-State Circuits посмотрю статьи "A study of phase noise in CMOS oscillators" и "Design of low-phase-noise CMOS ring oscillators"

Реклама

КРАМ

[uquote="Martian",url="/forum/viewtopic.php?p=4630329#p4630329"]и практически всему закрытому в журналах/библиотеках, где нужен доступ.[/uquote]
О тож...

Могу открыть небольшой секрет. Дальность считывания RFID метки ридером ограничена как раз фазовым шумом.

Martian

Во как... спасибо, не знал. Полагал, что более банально - размерами антенн, мощностью... и т.д.

КРАМ

[uquote="Martian",url="/forum/viewtopic.php?p=4630332#p4630332"]размерами антенн, мощностью[/uquote]При равном размере антенны и мощности. От мощности вообще зависит в последнюю очередь. Метка отвечает гораздо дальше, чем ее возможно принять. В основном дальность определяется коэффициентом связи антенны и метки. Ну и фазовым шумом, ограничивающим усиление в канале приемника.

vlasovzloy

А если как вариант триггер делитель на два и генератор в два раза частоту поднять?

КРАМ

[uquote="vlasovzloy",url="/forum/viewtopic.php?p=4630340#p4630340"]делитель на два и генератор в два раза частоту поднять?[/uquote]
Это в следующем варианте. Но я так думаю, что фазовые шумы это никак не изменит. Делать я это буду для того, чтобы отказаться от входного фильтра на нижнюю поднесущую.

Martian

Чтож, я докачал архив IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS и вытащил документ, который хотел посмотреть. Но вроде, единственное, что там можно почерпнуть - влияние КМОП-структур в генерации шума. Для меня слишком заумно, чтобы читать легко.

Жаль, что IEEE выложена лишь до 2006 года и лишь SSC... судя по статьям, там куча интересного.

Andrey_B

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4630327#p4630327"]Кварц SMD3025.[/uquote]
Возможно с приемлемой переделкой пп получится посадить на место резонатора генератор 3225. В этом случае диапазон для подбора вариантов будет побольше.

AlexS4

я бы попробовал 30..300R последовательно кварцу. или заменить генераторную на 74lvc.
или убрать 1 из конденсаторов если они в виде компанентов. (значение частоты осталось неизвестным

)

а пьедистал если покрупнее гладенький? мож всетаки какието циклические процессы замылыились?
или скажем помеха от какогонить 2Mhz бак преобразователя пососедству.

КРАМ

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630515#p4630515"]а пьедистал если покрупнее гладенький?[/uquote]
Спектр в эфире - петля в антенне:

Итого в районе поднесущей (она в центре экрана) уровень шума -78 дБ относительно несущей.
[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630515#p4630515"]я бы попробовал 30..300R последовательно кварцу.[/uquote]
Уже стоит 680 Ом. Иначе не меандр.

AlexS4

а бог с ним что не меандр на генераторном, следующий ahc04 или ahc14 добавит фронтов же.
тогда наоборот попробовать улучшить добротность.

тш теоретически может ухудшить джиттер из-за большего к-ва порогов и их взаимозависимостей, но с чего им плавать кроме как от питания и температуры

мож каойто косяк с трассировкой питания и блокировочных? или дефект дорожек и типа индуктивность получилась дикая итп.

КРАМ

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630596#p4630596"]а бог с ним что не меандр на генераторном, следующий ahc04 или ahc14 добавит фронтов же.[/uquote]
С чего бы? Он есть и ничего не добавляет. Ни 04, ни 14.
[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630596#p4630596"]тш теоретически может ухудшить джиттер из-за большего к-ва порогов и их взаимозависимостей[/uquote]
Сложный вопрос. Я разницу не обнаружил, хотя ТШ применяют как раз для отсечения амплитудных помех.
[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630596#p4630596"]мож каойто косяк с трассировкой питания и блокировочных?[/uquote]
Не в этой жизни...

Напомню, я 10 лет разрабатывал СВЧ устройства на поликоре. Как правильно блокировать знаю уже 40 лет как.
Генераторная часть не просто блокирована, но парами керамик (0,1 и 1 мкФ) и питается через бусины. КАЖДЫЙ КОРПУС отдельно.
Это все собрано на 4-слойке с разводкой питания в отдельном слое (Inner2), то есть почти вплотную к сплошному полигону в Bottom.

AlexS4

КРАМ писал(а):С чего бы? Он есть и ничего не добавляет. Ни 04, ни 14.

тогда не понял о чем речь

я имел ввиду что наклон "фронтов" у синусоиды 13MHz это порядка 100nS, существенно больше чем если ее усилить (открытым всмысле оос) 74ahc04 , после которого они должны стать порядка 1nS.
а кварцу наверное спокойнее же будет на синусоиде.

500Hz этож ~40ppm, кажется многовато для фш.

КРАМ

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4630615#p4630615"]а кварцу наверное спокойнее же будет на синусоиде.[/uquote]
А на кварце и есть почти синусоида. Речь о буфере после инвертора с кварцем. Такой же 04 и 14 Шмитт не дают на спектре видимой разницы.

AlexS4

да на буферном на выходе между 04 и 14 особой разныцы в спектре не будет, 04 усиливает(ускоряет фронт) достаточно. а вот на выходе генераторного инвертора работающего как линейный усилитель пытаться сразу сделать меандр - имхо совсем ненадо.

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4630610#p4630610"]Это все собрано на 4-слойке с разводкой питания в отдельном слое (Inner2), то есть почти вплотную к сплошному полигону в Bottom.[/uquote]
c другой стороны при таком раскладе конденсаторы и контакты чипа висят на доп "ногах" из металлизаций высотой в толщину платы, короче по индуктивности контура питания думаю может оказаться даже хуже чем у компактной однослойной разводки питания в верхнем слое. но конечно врядли причина в этом.

я б проверил с какимнить классическим hc49s c ножками. чисто для теста чтоб исключить что кварцы неудачные.