Low Jitter and Phase Noise TCXO als Taktquelle

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DG5SM
Hat sich gelöscht

#1 erstellt: 11. Dez 2012, 19:30

Hallo in die Runde,

für ein Eigenbauprojekt (Fieldrecorder) benötige ich eine möglichst frequenzstabile und jitterarme Taktquelle für den ADC (TI PCM4220) mit moderatem Stromverbauch (also TCXO statt OCXO). Nach längerer Sucherei und Datenblattrecherche bin ich bei folgendem TCXO der Firma Vectron gelandet:

http://www.vectron.com/products/tcxo/vt-803.htm

Leider ist die benötigte Taktfrequenz von 12,288 MHz nicht unter den Standardfrequenzen gelistet. Eine Anfrage ergab daher, dass Bestellungen nur mit einer Mindestbstellmenge von 10 Stück möglich sind.

Daher nun meine Frage an alle Entwickler hier im Forum: Bei wem besteht Interesse einer Sammelbestellung dieses hervorragenden TCXO mit der Standardtaktfrequenz von 12,288 MHz?

Kurz zu den wichtigsten Eckdaten des Bausteins:

TCXO mit analoger temperaturkompensation (keine Phasensprünge) 5-ter Ordnung und CMOS-Ausgang.
Hermetisch dichtes Keramikgehäuse mit 3,2 x 5 mm Größe.
3,3 Volt Versorgungsspannung, -40 bis +85 °C Temperaturbereich, 0,5 ppm Frequenzstabilität.
2,5 ps RMS Jitter, 21,0 ps Peak-Peak Jitter (VERMESSEN mit einem Wavecrest SIA3300C bei 90K Samples. Bei einer absoulten Mehrzahl der TCXOs wird ausschließlich der rechnerischer Wert für den RMS Jitter angegeben. Der Peak-Peak Wert bleibt unspezifiziert und liegt meist deutlich höher)

Alle weiteren Werte findet ihr im Datenblatt unter dem oben genannten Link. Der genannte TCXO hat die vollständige Bestellnummer VT-803-EAE-5070-12M8800000.

Der Preis pro Stück beträgt bei akutellem USD-Kurs 43,00 Euro pro Stück inklusive Zoll und Liferung, exklusive Mehrwertsteuer. Mit MwSt bzw. EUSt ergeben sich damit 51,17 Euro.

Ab 10 Stück kann bestellt werden. Ich würde 2 Stück nehmen. Wenn es am 10-ten scheitert evtl. auch 3.

Nun bin ich auf die Resonanz gespannt. Würde mich sehr freuen, wenn es klappt.

Viele Grüße,
Sören

pelmazo
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 12. Dez 2012, 00:46

Der TCXO ist, aus dem Datenblatt geschlossen, ziemlich gut. Die Frage wird aber sein wie man das "auf die Straße" bringt. Der Jitter wird im realisierten Gerät nicht unbedingt so ausfallen wie im Datenblatt. Das hängt auch vom Aufbau und der Schaltungsumgebung ab. Du wirst letztlich darauf angewiesen sein, das Ergebnis meßtechnisch überprüfen zu können, ansonsten bringt der Einsatz so eines guten Oszillators vielleicht gar nichts.

Die wichtige Frage ist also, ob Du Dir zutraust, das Ergebnis in Sachen Jitter am Schaltungsaufbau zu kontrollieren. Das wird in dieser Leistungsklasse nicht ganz einfach sein.

Zudem stellt sich für mich die Frage, wofür in so einem Anwendungsfall die Frequenzstabilität relevant ist. Du beschreibst Deine Anwendung leider zu wenig um das erkennen zu können.

DG5SM
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 12. Dez 2012, 12:50

Guten Morgen,

der Zugang zu den benötigten Messmitteln ist glücklicher Weise vorhanden, sodass ich den Schaltungsaufbau auch messtechnisch verifizieren kann. Abgesehen davon ist der Clockpfad SEHR überschaubar, sodass keine größeren Beeinflussungen zu erwarten sind. Der TCXO sitzt direkt am ADC Master Clock Input und taktet ausschließlich diesen. Kein Verteilnetzwerk, keine Divider, keine Buffer, keine PLLs, keine gegenseitige Beeinflussung von Bauteilen, die am Clock hängen, wie z.B. Mikrocontroller.

Zum Thema Jitter in ADC-Umgebungen kann ich übrigens die Design Note 1013 von Linear Technology sehr empfehlen.

Die Anwendung habe ich nicht näher beschrieben, weil ich dachte, dass für andere Interessenten des Bauteils meine konkrete Anwenung nicht zwingend von Interesse sein düfte. Ich kann aber gerne etwas mehr dazu sagen:

Auf der Suche nach einem Fieldrecorder für Konzertmitschnitte habe ich festgestellt, dass man die Geräte leider grob in zwei Klassen einteilen kann: Schrott und Brauchbar, aber viel zu teuer, groß und mächtig. Was ich suche, ist ein handliches Gerät, das in hoher Qualität rausch- und verzerrungsarm Rohdaten aufzeichnet, Punkt. Ich brauche keine Schnittmöglichkeiten, kein Farbdisplay, keine 5 verschiedenen Eingänge und keine internen Mikros. Ich möchte nur das nötigste, aber das wirklich gut. Sowas gibt es leider nicht zu kaufen. Darum habe ich mir selbst folgende Vorgaben gesetzt: 2-Kanal Rekorder mit 2x XLR Eingang mit P48, 24 bit, 48 kHz, Aufzeichnung direkt in PCM, Aufzeichnung auf Wechselmedium (CF, SDHC, USB oä.), Versorgung aus 2x 18650 LiIon Zellen, Funktionsumfang: Einpegeln, Aufnahme start, Aufnahme stop (Kleinigkeiten wie Akkuanzeige sind selbstverständlich). Neben diesen Vorgaben liegt die Priorität bei der Entwicklung auf auschließlich zwei/drei Dingen: Dynamikbereich und damit auch SNR also Rauscharmut sowie Verzerrungsfreiheit. Es geht also einfach darum, das Eingangssignal möglichst unverfälscht abzubilden. Bearbeiten kann ich später am PC immer noch. Schlechte Daten verbessern, leider nicht...

Nun noch kurz zur bisherigen Schaltung: Alle benötigten Versorgungspannungen werden zunächst mit einem Schaltregler auf 1 - 2 V über die Zielspannung geregelt und anschließend mit einem linearen Regler mit hoher Ripplerejection auf die Zielspannung gebracht. Alle Spannungen haben so einen Ripple im zweistelligen mV Bereich, der im Frequenzbereich zudem weit über dem Antialiasing Filter des ADC liegt. Direkt hinter dem Eingang kommt die Phantomspeiseeinkopplung gefolgt von einem digital steuerbaren voll differentiellen Verstärker (TI PGA2500) mit 0-65 dB, allerdings nur von 0-40 dB mit akzeptabler Verzerrung. Anschließend kommt ein ebenfalls voll differentieller OP (TI LME49724) als Buffer, der über Widerstände auf 0 und 40 dB schaltbar ist. Die mögliche Gesamtverstärkung mit akzeptabler Verzerrung beträgt damit 0-80 dB. Hinter dem Buffer kommt der ADC (TI PCM4220) mit einem SNR von 123 dB und einem THD von < -100 dB. Nach dem ADC gehts über I2S in einem STM32F4 und weiter auf CompactFlash.

Um die 123 dB des ADC nicht durch SNR Degradierung durch Jitter zunichtezumachen, wäre rechnersich ein RMS Jitter von < 4ps notwenidig. Lange Rede, kurzer Sinn: Dafür ist der TCXO.

Viele Grüße,
Sören

pelmazo
Hat sich gelöscht

#4 erstellt: 15. Dez 2012, 19:53

DG5SM schrieb:

der Zugang zu den benötigten Messmitteln ist glücklicher Weise vorhanden, sodass ich den Schaltungsaufbau auch messtechnisch verifizieren kann. Abgesehen davon ist der Clockpfad SEHR überschaubar, sodass keine größeren Beeinflussungen zu erwarten sind. Der TCXO sitzt direkt am ADC Master Clock Input und taktet ausschließlich diesen. Kein Verteilnetzwerk, keine Divider, keine Buffer, keine PLLs, keine gegenseitige Beeinflussung von Bauteilen, die am Clock hängen, wie z.B. Mikrocontroller.

Das hört sich alles vernünftig an, mich würde allerdings schon noch interessieren, welche Meßtechnik Dir zur Verfügung steht, mit der Du Jitterwerte in der angegebenen Größenordnung verifizieren kannst. Hast Du Zugriff auf ein gut ausgestattetes Labor am Arbeitsplatz, oder gibt das Deine eigene Ausrüstung her?

Zum Thema Jitter in ADC-Umgebungen kann ich übrigens die Design Note 1013 von Linear Technology sehr empfehlen.

Das ist alles gut und richtig, was da steht, aber im Zusammenhang mit Audio vergißt man leicht, daß gerade bei den hohen Audiofrequenzen, die am anfälligsten für Jitter sind, die Empfindlichkeit des Ohres für eventuelle Artefakte am niedrigsten ist. Ich habe volles Verständnis für das Streben eines Ingenieurs nach bestmöglicher Schaltungstechnik, aber ich plädiere gleichzeitig dafür, die angestrebte Funktion im Auge zu behalten. Darum auch meine Frage nach der Anwendung, die allerdings noch eher aus der Forderung nach Frequenzstabilität herrührt, und nicht so sehr aus der Jitterdiskussion.

Darum habe ich mir selbst folgende Vorgaben gesetzt: 2-Kanal Rekorder mit 2x XLR Eingang mit P48, 24 bit, 48 kHz, Aufzeichnung direkt in PCM, Aufzeichnung auf Wechselmedium (CF, SDHC, USB oä.), Versorgung aus 2x 18650 LiIon Zellen, Funktionsumfang: Einpegeln, Aufnahme start, Aufnahme stop (Kleinigkeiten wie Akkuanzeige sind selbstverständlich). Neben diesen Vorgaben liegt die Priorität bei der Entwicklung auf auschließlich zwei/drei Dingen: Dynamikbereich und damit auch SNR also Rauscharmut sowie Verzerrungsfreiheit. Es geht also einfach darum, das Eingangssignal möglichst unverfälscht abzubilden. Bearbeiten kann ich später am PC immer noch. Schlechte Daten verbessern, leider nicht...

Das finde ich durchaus interessant! Wie stark sich Taktjitter allerdings auswirkt wird auch vom verwendeten Wandler abhängen. Wenn Du die nötige Meßtechnik hast, dann wäre es durchaus interessant zu sehen, wie weit Du mit einem gut aufgebauten diskreten Quarzoszillator kommst, der bloß einen Bruchteil des VCXO kostet. Mit der absoluten Frequenzgenauigkeit und -stabilität kannst Du in diesem Fall nämlich meiner Meinung nach nichts anfangen, es kommt lediglich auf den Jitter an. Warum sollte man dann dafür bezahlen, und zusätzlich noch Beschaffungsschwierigkeiten heraufbeschwören?