Dokładna analiza szumu fazowego w LTspice: jak zredukować szerokość prążka FFT?

Thu Feb 09, 2012 3:09 am   

Witam

Chciałbym uzyskać możliwość dokładnej oceny szumu fazowego sygnału
dawanego przez generator w analizie FFT w LTspice IV. Analizuję idealny
generator sinusa 100MHz (0dB). Szerokość prążka 100MHz jest niezerowa -
kilkadziesiąt kHz dla -20dB. Co zrobić, żeby dokładniej to mierzyć, tzn.
widzieć szerokość prążka nie więcej niż np. 100Hz..1kHz dla -20dB dla
idealnego sinusa ?

Pozdrawiam, Paweł

Thu Feb 09, 2012 8:48 am   

Dnia Thu, 09 Feb 2012 03:09:05 +0100, p napisał(a):


Zastosować inną funkcję okna w analizie FFT, ale którą to nie wiem.

--
pgw

Thu Feb 09, 2012 9:04 am   

W dniu 2012-02-09 03:09, p pisze:

Trzeba wydłużyć czas trwania sygnału (analizy).

Thu Feb 09, 2012 9:33 am   

Użytkownik "pgw" napisał w wiadomości grup
dyskusyjnych:1xcrrbx93tiu7$.o2s7pcdxpgjy.dlg@40tude.net...

Raczej dobrac czestotliwosc probkowania tak, zeby okres FFT pokrywal
sie z wielokrotnoscia okresu generowanego, a najlepiej i z samym
okresem.
Czyli np zakladamy 128 probek na okres przebiegu, wiec czestotliwosc
probkowania 12.8GHz, i robimy FFT dla 65536 probek.

Funkcja okna usunie wyzsze harmoniczne, ale chyba nie zwezi prazka.

Problem poboczny dla powyzszego przykladu: rozdzielczosc tej
transformaty to 195kHz (12.8G/65536). Wiec jesli chcesz sprawdzac
kilkadziesiat kHz,
to trzeba np 32 probki na okres. Ale czy mozna wtedy mowic o ocenie
szumu fazowego ?
Albo wydluzyc transformate - dac np 1024K probek .. tylko nie wiem czy
spice pozwoli, i czy dokladnosci numeryczne cie nie zabija :-)

No i cos tam jeszcze masz w tym generatorze ? Bo idealny sinus
oczywiscie nie ma szumu fazowego. Idealny generator symulowany w
programie
ma szum wynikly jedynie z niedokladnosci symulacji (i ewentualnie
trafienia z FFT w okres).

A tak nawiasem mowiac - to na ile mozna wierzyc podawanym wspolczesnie
wartosciom - przeciez przyrzady pomiarowe maja te same problemy :-)

A moze trzeba wierzyc ? Odkad sie doczytalem jak dziala odbiornik GPS,
to uwierzylem w cuda :-)

J.

Thu Feb 09, 2012 2:17 pm   

Użytkownik "J.F" napisał:

opowiadaj! co to za cuda?

Wed Feb 15, 2012 6:19 pm   

On czw, 09 lut 2012 09:33:17 in article news:<jh00cg$bqd$1@inews.gazeta.pl>
J.F wrote:

To jest nalepsze rozwiązanie zwane czasami przetwarzaniem koherentym czy
synchronicznym. Wtedy dla idealnej sinusoidy niezerowy jest tylko jeden
prążek.


Nie rozumiem, chcesz próbkować raz na okres sygnału?


Hmm, jakim cudem usunie? Funkcje okna inne niż prostokątne poszerzają
wierzchołek prążka, np: http://www.daqarta.com/eex06.htm

;)


Coś chyba pomieszałeś. Ilość próbek na okres (czy ekwiwaletnie częstotliwość
próbkowania) wyznacza na szerokość obserwowanego widma (częstotliwość
Nyquista). Zaś teoryteczna szerokość prążka (pomijając efekt rozmycia/przecieku)
wynika wprost z czasu obserwacji - jak chce prążki np co 100Hz, to musi
nagrywać przez 1/(100Hz) = 0.01 sekundy.


Pojedyńcza obserwacja/nagranie szumu jako procesu losowego o niczym nie
świadczy - trzeba np. uśrednić 100 widm z FFT.


Dokładniej: wydluzyc transformate przy danej częstotliwości próbkowania
- czyli wydłużyć czas obserwacji.


to zgrać do pliku i użyć np. octave - autor FFTW (stosowana m.in tam i
w matlabie procedura FFT) twierdzi, że transformaty od długości 10^6-10^7 nie
stanowią problemu numerycznego - trzeba by to jednak sprawdzić bo nie
pamiętam czy w wypowiedzi były podane dokładne wartości i kiedy to było na
comp.dsp.


Tu coś piszą o modelowaniu spice i szumie fazowym:
http://www.circuitsage.com/pll/plldynamics.pdf


Może być, że OP nie wie co robi ;)


Przecież to czysta matematyka

Wed Feb 15, 2012 8:15 pm   

Dnia Wed, 15 Feb 2012 16:19:11 +0000 (UTC), Mirek napisał(a):

chodzilo mi o to, ze jak mamy transformate np 1024 pkt i analizujemy np 4
okresy sinusoidy - to probki trafiaja w te same miejsca kolejnych okresow
przebiegu.

a jesli bedziemy analizowac 5 okresow - to w inne. No i chyba sie to odbije
na "czystosci" wyniku.


Usunie o tyle, ze jak nie masz synchronizmu, to analizujesz przebieg ze
skokiem. tzn lapiemy np 5.2 okresu sinusoidy, zaczynamy od przejscia przez
0, ale ostatnia probka to jest te 0.2 okresu i jest niezerowa. Nastepna
jest de facto probka pierwsza - czyli w analizowanym przebiegu mamy ostry
skok. A to oznacza duzo wysokich harmonicznych.
Funkcja okna zlagodzi ten skok, wiec niejako usunie te falszywe
harmoniczne.

ale co zrobi z szerokoscia prazka ? przy przetwarzaniu synchronicznym masz
racje - poszerza. ale przy niesynchronicznym ? Tu i tak jest poszerzony z
uwagi na ten nieszczesny kawalek okresu.


to samo napisalem, tylko innymi slowami
Czas obserwacji to ilosc probek/czestotliwosc probkowania.

Tak czy inaczej - jesli kolega chce wysoka czestotliwosc probkowania i
wysoka rozdzielczosc, to musi miec wielooooprobkowa transformate.


ten szum fazowy, o ile jest, jest najbardziej widoczny na zboczach
sinusoidy. ale jak zmierzyc jaki on jest, jesli mamy np 4 probki na okres
:-)


Katolicka chyba :-)

Taki przykladowy zestaw Zarlinka
-GP2015 RF frontend
-GP2021 lub GP4020 correlator

http://www.zarlink.com/zarlink/an4855-appnote.pdf
http://www.zarlink.com/zarlink/hs/82_GP2015.htm
http://www.zarlink.com/zarlink/hs/82_GP2021.htm

1.5ghz z satelity jest heterodynowane do posredniej ~4.3MHz.
To jest probkowane z czestotlitoscia 5.7MHz.
Aliasingu sie nie boja - wykorzystuja go, sprowadza sygnal do ~1.4MHz.
W tym pasmie nadaje naraz kilkanascie satelitow, tzn nadaje wiecej, odbiera
sie kilkanascie.
Ile bitow A/D trzeba zeby odroznic sygnal z jednego satelity od innego ?
Oni uzywaja az dwoch.
Korelator dopasowuje sygnal lokalny do nadawanego z satelity.
Z ustawionych opoznien sygnalow wynika opoznienie sygnalu z konkretnego
satelit. Z tego sie oblicza pozycje - z dokladnoscia rzedu metrow.
Tylko ze korelator pracuje z czestotliwoscia 2MHz - jego cykl to 150m
pozycji.

Usrednianie, usrednianie i jeszcze raz wrozenie z fusow :-)

J.

Thu Feb 16, 2012 4:11 pm   

On śro, 15 lut 2012 20:15:44 in article news:<um7lecpsm4hx.x01ujnadqmpn$.dlg@40tude.net>
J.F. wrote:

Trudno tu mówić o harmonicznych, przy przetwarzaniu niesynchronicznym mamy
ciągłe rozmycie widma - nie pojawiają sie dodatkowe szczyty przy oknie
prostokątnym.


Trzeba rozróżnić szerokość wierzchołka (powiedzmy posmo 3db), która wpływa
na rozróżnialność bliskich częstotliwości, od poziomu widma daleko od danego
prążka. W tym drugim przypdaku odpowiednio dobrane okna potrafią stłumić
efekt przecieku widma o kilkadziesiąt dB.

Innym problemem przy przetwarzaniu niesynchronicznym jest tak zwany efekt
płota, czy jak to się po polsku nazywa (patrzysz przez sczeble na górę, gdy
nie widzisz jej szczytu to możesz zgadywać jego rzeczywistą wysokość).
Okna z rodziny flat-top umożliwiają określenie wysokości (pojedyńczego -
odległego od innych) piku w widmie z błędem rzędu ułamków dB.


A w dodatku wraz ze wzrostem czułości często łapiesz co popadnie (chodzi tu
o sygnały odbite). Jakiś facet z USA wchodzi co jakiś czas z nowym sprzętem
do głębokiego kanionu i patrzy co się dzieje. Stary sprzęt nie odbierał, a
nowy mówi, że jest OK - z tym że rzeczywisty błąd sięga jednej mili