Hallo!
Ich hätte gerne einen Oszillator (mit einem sinusförmigen
Ausgangssignal), der rund um 1 kHz in kleinen Schritten (ca. 1 Hz)
verstellbar ist. Ansich problemlos machbar mit einem DDS, zum Beispiel
dem AD9954
(http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9954.pdf).
Nun habe ich allerdings die Anforderung an einen Dynamikbereich des
Signals von etwa 160 dB. Mit einem 14-bit DDS (höhere Auflösungen habe
ich nicht gefunden) kommt man theoretisch aber nur auf 6 dB * 14 bit +
1,7 dB = ca. 85 dB.
Ein DDS-Ausgangssignal nachträglich zu "verbessern" ist nicht möglich,
oder? Die einzige Möglichkeit wäre ja ein analoges Filter mit einer
extrem hohen Güte, das so gar nicht realisierbar ist. Abgesehen davon
müsste das in meinem Fall ja auch noch abstimmbar sein.
Also dachte ich nehme ich einen DA-Wandler und erzeuge mir das
Sinussignal selber digital. Der beste AD-Wandler bei Texas Instruments
z.B. hat eine Auflösung von 20-bit (DAC1220,
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac1220.pdf). Das ergibt theoretisch
eine Dynamik von 122 dB.
Nun frage ich mich als nächstes: Warum gibt es Audio DACs (z.B. den
DSD1792A, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dsd1792a.pdf) mit 24-bit
(theoretisch 146 dB Dynamik), aber keine "normalen" DACs mit 24 bit?
Wie auch immer, selbst 24-bit (laut Datenblatt schafft der DSD1792A 132
dB Dynamik) reichen mir eigentlich noch nicht aus. Kennt jemand
Tricks/Möglichkeiten, wie man den Dynamikbereich erhöhen könnte?
Vielen Dank und viele Grüße
Klaus
Carl D. schrieb:> 160dB, das bedeutet, wenn nur 1μV Noise rauskommen, daß der> Ausgangsverstärker 100Veff können muß. Wozu braucht man das?
Richtig. Es sollen natürlich keine 100 V rauskommen, sondern eher 1 V,
sodass das Rauschen also kleiner als 10 nV/sqrt(Hz) sein muss.
Das "braucht" man in der Messtechnik. Evtl. gibt es andere
Möglichkeiten, ich wollte aber mal ausloten, ob es überhaupt möglich
wäre.
>Was es nicht gibt, macht allermeistens keinen Sinn d.h. wird nicht>gebraucht, geht nicht..
Ja. Hätte die Menschheit die letzten 10 Millionen Jahre genauso gedacht,
würden wir immer noch mit Steinen auf anderen Steinen rumklopfen.
Geht es dabei nur darum, den Ausgangspegel um 160dB variieren zu können?
Dann würde ich digitale Step-Attenuators vorschlagen, gibt's von
Minicircuits, AnalogDevices etc. Also Signal mit festen Pegel mit DDS
erzeugen und dann runterdämpfen.
Bei der Dynamik als einzelne Stufen und extra in HF-Dichte Gehäuse,
eventuell zwei oder drei Schirmgehäuse ineinander und alle Leitungen
mehrfach Filtern.
Wenn es darum geht, dass das Signal bis 160dB frei von Störungen und
Rauschen sind also "Spurious free dynamik range" dann wüsste ich nicht
wie das hinzubekommen ist.
Außerdem musst du bedenken, dass bei 1V eff Ausgangspegel und 50Ohm du
ca. 176dB vom thermischen Rauschen weg bist. D.h. da ist nicht mehr viel
Luft zu deinen 160dB. Die Dynamik bekommt man damit theoretisch noch hin
aber mit viel Signal zu Rausch Abstand ist da nicht mehr
Grüße
Klaus schrieb:
[...]
> Ein DDS-Ausgangssignal nachträglich zu "verbessern" ist nicht möglich,> oder? Die einzige Möglichkeit wäre ja ein analoges Filter mit einer> extrem hohen Güte, das so gar nicht realisierbar ist. Abgesehen davon> müsste das in meinem Fall ja auch noch abstimmbar sein.
Das kommt drauf an. Wenn du nur in einem relativ kleinen Bereich um 1kHz
herum abstimmen mußt, dann kann ein Filter höherer Ordnung mit
Eckfrequenz z.B. bei 1.5kHz die Oberwellen, die durch die begrenzte
Auflösung des DAC im DDS verursacht werden, sicherlich gut genug
dämpfen, um eine Verbesserung zu bringen.
Da wir hier über Phasenrauschen reden, hätte ich vom TE gerne einmal die
Angabe, in welchem Abstand vom Signal er die -160dBc erwartet.
Eventuell ließe sich das mit einem hochwertigen Quarzoszillator
bewerkstelligen, der dann heruntergeteilt wird. Dabei wird auch die
Breite des Phasenrauschens mit heruntergeteilt (fast ideal bei guter
Dimensionierung).
Als DDS müßte man diskret aufbauen mit der entsprechenden Bitbreite. Ein
FPGA als DDS, dann ein 24 Bit D/A (wenn es so was gibt, wahrscheinlich
ein Sigma-Delta)
Jochen
Jochen F. schrieb:> Da wir hier über Phasenrauschen reden,
Das weiss der Fragestellende wohl selbst nicht ob oder ob nicht
sonst hätte er genau definiert was er mit Dynamik meint.
Also Klaus (Gast), was soll das in diesem Fall bedeuten?
Im Fall von Phasenrauschen spricht man nicht von Dynamik,
eher noch im Falle von Nebenlinien, also Spurious ...
Ich schrieb:> Wenn es darum geht, dass das Signal bis 160dB frei von Störungen und> Rauschen sind also "Spurious free dynamik range" dann wüsste ich nicht> wie das hinzubekommen ist.
Genau darum geht es. Das nachträgliche Dämpfen wäre ja einfach ;)
Ralf D. schrieb:> Das kommt drauf an. Wenn du nur in einem relativ kleinen Bereich um 1kHz> herum abstimmen mußt, dann kann ein Filter höherer Ordnung mit> Eckfrequenz z.B. bei 1.5kHz die Oberwellen, die durch die begrenzte> Auflösung des DAC im DDS verursacht werden, sicherlich gut genug> dämpfen, um eine Verbesserung zu bringen.
Das stimmt, Harmonische bekomme ich weg. Allerdings sind die gar nicht
das Hauptproblem. Mir geht es eher um das Rauschen in unmittelbarer Nähe
zu dem LO-Signal.
Jochen F. schrieb:> Da wir hier über Phasenrauschen reden, hätte ich vom TE gerne einmal die> Angabe, in welchem Abstand vom Signal er die -160dBc erwartet.
Phasenrauschen ist doch wieder etwas anderes. Also mir geht es darum,
dass ich etwa -160 dBc im Abstand von 10 Hz etwa erreiche. Dazu muss
zunächst einmal das Rauschen des Ausgangsverstärkers sehr gering sein.
Außerdem darf das Quantisierungsrauschen nicht zu groß werden, was eben
der Fall wäre, wenn nur ein 14-bit DAC des o.g. DDS verwendet würde. Das
Phasenrauschen kommt dann ja noch zusätzlich ins Spiel. Das hängt doch
von der Instabilität der DA-Taktquelle ab?!
Jochen F. schrieb:> Eventuell ließe sich das mit einem hochwertigen Quarzoszillator> bewerkstelligen, der dann heruntergeteilt wird. Dabei wird auch die> Breite des Phasenrauschens mit heruntergeteilt (fast ideal bei guter> Dimensionierung).
Das klingt interessant. Das analoge Runterteilen eines Quarzsignals
würde man doch dann über einen Mischer machen? Oder würdest du das
digital machen? Dann hätte man ja wieder das Quantisierungsrauschen...
Jochen F. schrieb:> Als DDS müßte man diskret aufbauen mit der entsprechenden Bitbreite. Ein> FPGA als DDS, dann ein 24 Bit D/A (wenn es so was gibt, wahrscheinlich> ein Sigma-Delta)
Genau das sehe ich bislang als realistischste Möglichkeit an. Da habe
ich mich eben nur gefragt, warum man Audio DA-Wandler mit 24-bit quasi
"hinterhergeworfen" bekommt, "normale" DA-Wandler allerdings nur bis
20-bit verfügbar sind? Wie eingangs beschrieben reichen mir die etwa 130
bis 140 dB eines 24-bit Wandlers zwar eigentlich noch nicht aus. Evtl.
kann ich die Anforderung allerdings noch leicht nach unten korrigieren,
damit das möglich wäre.
Also lautet Meine Frage: Unterscheiden sich Audio-DA-Wandler in
irgendeiner Form von "herkömmlichen" DA-Wandlern?
Nein, ich rede nicht vom Mischen. Ich meinte das digitale Teilen und
danach ein Tiefpaß. Wenn man die Schaltschwellen der Teiler jitterarm
hinbekommt un auch sehr wenig Rauschen auf der Versorgung hat, dann kann
es gehen.
Ich hätte da mal die Frage, wofür man solch ein extremes Signal
verwendet. Der beste Spektrumanalysator, der auch 1 kHz abbildet, hat
nur 100 dB Dynamikbereich, und auch mit 3 Hz-Filter werde ich 10 Hz
neben dem Träger diesen Wert nicht annähernd neßtechnisch erreichen.
Ich schrieb:> Außerdem musst du bedenken, dass bei 1V eff Ausgangspegel und 50Ohm du> ca. 176dB vom thermischen Rauschen weg bist. D.h. da ist nicht mehr viel> Luft zu deinen 160dB. Die Dynamik bekommt man damit theoretisch noch hin> aber mit viel Signal zu Rausch Abstand ist da nicht mehr
Die 176db beziehen sich aber auf 1Hz Bandbreite.
Ich glaube kaum das dem Tread das ausreicht.
Selbst die 24Bit Wandler aus der Audioszene erreichen real kaum mehr als
120db Störabstand. Die zusätzlichen Bits haben an der
Empfindlichkeitsgrenze den BVorteil das der Klirrfaktor geringer ist.
Ralph Berres
-160 dbc bei 10 Hz Abstand bekommt man mit "Amateurmitteln" nicht hin.
Die besten Quarzoszillatoren, die ich bisher gesehen habe lagen irgendwo
bei um -155 dbc bei 100 Hz Abstand zum Träger, und da liegt das
Stückpreis schon weit oberhalb 500 EUR. - So etwas nimmt man dann als
Futter für einen DDS-IC, denn Phasenrauschen ist kein Thema bei DDS,
sofern man die interne PLL links liegen lässt.
Ich denke der TE, wohl ein Funkamateur, will sich einen sauberen
Messsender bauen. Der Mixup der Begrifflichkeiten, dass es erst 160 db
Dynamik waren und jetzt ein Phasenrauschen von -160 dbc lässt aber
darauf schließen, dass er von der Thematik kaum Ahnung hat und das Thema
völlig überschätzt.
Das beste, was ich bisher geschafft habe, war ein freilaufender PTO mit
langsamer DAFC-Stabilisierung und der kam auf -154 dbc bei 1 kHz, was
einige Größenordnungen besser als ein DDS-IC mit unuzureichender
Taktversorgung ist. Dafür braucht man aber auch Messequipment, welches
bessere Oszillatoren hat, als der zu untersuchende Oszillator.
Ich bin der Meinung, dass DDS-Oszillatoren jenseits der -130 dbc / 100
Hz nicht so ohne weiteres beherrschbar und mit Amateurmitteln aufzubauen
sind. Der TE kann es ja gern versuchen? :)
Viele Grüße!
Sven
Hallo,
also wenn man nur einmal physikalisch das durchrechnet, weis man, dass
alleine ein Widerstandsteiler der von einem Hochpegeloszillator die
Spannung auf 1Vss runterteilt mehr termisches Rauschen haben wird, als
man bei 160dBc erreichen will.
Vor allem mit welchem Messgerät willst du das überhaupt überprüfen?
Das Rauschen in den Halbleitern nimmt erst deutlich bei Frequenzen um
10KHz ab. Drunter siehts echt schlecht aus.
Schau dir mal die Datenblätter von sehr guten OPs an.
Also wenn du 120dBc erreichst (im gesammten System) gratuliere ich dir
jetzt schon.
Gruß Sascha
Sven L. schrieb:> -160 dbc bei 10 Hz Abstand bekommt man mit "Amateurmitteln" nicht hin.
Die Anforderungen sind ja jetzt noch schärfer als zu Anfang vermutet.
Das bekommen auch die bekannten Messgeräteschmieden nicht hin, weil ganz
einfach illusorisch.
Ralph Berres
