اختيار الكريستال للتطبيقات عالية التردد: مفهوم ضوضاء المرحلة ، يجب أن تعرف ذلك!

“لا يمكن فصل العديد من التطبيقات عالية التردد ، مثل الحلقات المغلقة الطورية وتطبيقات الجيل الخامس ، عن إشارات الساعة. وغالبًا ما تكون ضوضاء الطور لهذه التطبيقات عالية التردد عاملاً حاسمًا في نجاح أو فشل المشروع. تشرح هذه المقالة مفهوم ضوضاء الطور من خلال مقارنة إشارة الساعة المثالية بإشارة الساعة الفعلية ؛ ثم تقدم مؤشرين رئيسيين لضوضاء الطور – حجم متجه الخطأ (EVM) وحظر VCO ؛ وأخيراً يقدم كيفية اختيار بلورة ضوضاء منخفضة الطور مذبذب.

“

لا يمكن فصل العديد من التطبيقات عالية التردد ، مثل الحلقات المغلقة الطورية وتطبيقات الجيل الخامس ، عن إشارات الساعة. وغالبًا ما تكون ضوضاء الطور لهذه التطبيقات عالية التردد عاملاً حاسمًا في نجاح أو فشل المشروع. تشرح هذه المقالة مفهوم ضوضاء الطور من خلال مقارنة إشارة الساعة المثالية بإشارة الساعة الفعلية ؛ ثم تقدم مؤشرين رئيسيين لضوضاء الطور – حجم متجه الخطأ (EVM) وحظر VCO ؛ وأخيراً يقدم كيفية اختيار بلورة ضوضاء منخفضة الطور مذبذب.

مقارنة إشارة الساعة المثالية بإشارة الساعة الفعلية

لا يمكن فصل العديد من التطبيقات عالية التردد عن إشارة الساعة ، والشكل أدناه يمثل حافة هبوط نموذجية لإشارة الساعة. تظهر إشارة الساعة المثالية بالخط الأحمر في الشكل أدناه ، بينما تظهر إشارة الساعة الفعلية بالخط الأرجواني في الشكل أدناه.

الشكل 1: حافة السقوط لإشارة ساعة نموذجية (رصيد الصورة: ADI)

أيضًا بالنسبة للموجة الجيبية ، فإن الموجة الجيبية المثالية تقابل إشارة تردد بتردد ، كما هو موضح في الخط الأحمر في الشكل أدناه. في الواقع ، نظرًا لوجود الضوضاء والترددات الهامشية ، تظهر الموجة الجيبية في صورة مجال التردد كخط أزرق على الجانب الأيمن من الشكل أدناه.

الشكل 2: إشارة موجة جيبية نموذجية (رصيد الصورة: ADI)

عادة من أجل قياس ضوضاء الطور بشكل صحيح ، غالبًا ما نستخدم نوعين من الأدوات:

• محلل الطيف: يستخدم لقياس مخطط مجال التردد للإشارة
• راسم الذبذبات: يستخدم لقياس مخطط المجال الزمني للإشارة

مفهوم ضوضاء المرحلة

لنأخذ خرج LO (تردد المذبذب المحلي) لحلقة PLL المغلقة الطور كمثال لمعرفة مفهوم ضوضاء المرحلة. ضوضاء الطور هي الضوضاء الناتجة عن الرصاص أو التأخر غير المتوقع عند وصول الإشارة إلى مستقبل النظام.

يكون خرج LO المثالي خاليًا من الضوضاء أو الترددات الزائدة عن الحد.

الشكل 3: إخراج LO المثالي (رصيد الصورة: ADI)

ولكن من الناحية العملية ، تظهر ضوضاء المرحلة مثل التنورة عند حافة الحامل ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

الشكل 4: إخراج LO الفعلي (رصيد الصورة: ADI)

يمكننا رسم بيانات ضوضاء الطور في انحراف التردد عن الموجة الحاملة RF.

الشكل 5: طريقة تخطيط ضوضاء المرحلة (رصيد الصورة: ADI)

بالإضافة إلى ضوضاء طور SSB ، لأنظمة الاتصالات ، غالبًا ما يتم استخدام مقدار متجه الخطأ (EVM) وحجب VCO من منظور PLL.

حجم متجه الخطأ (EVM)

مقدار متجه الخطأ (EVM) ، يُعرَّف بأنه نسبة قيمة جذر متوسط ​​التربيع لمتوسط ​​قدرة إشارة متجه الخطأ إلى قيمة جذر متوسط ​​التربيع لمتوسط ​​قدرة الإشارة المثالية ، ويُعبر عنها كنسبة مئوية. كلما كانت قيمة EVM أصغر ، كانت جودة الإشارة أفضل. يمكن لهذا المؤشر أن يقيس بشكل شامل خطأ الاتساع وخطأ الطور للإشارة المشكلة. يمكن اعتبار EVM على أنه النسبة المئوية للانحطاط في أداء إشارة معدلة مثالية بالنسبة للنقطة المثالية.

الشكل 6: تصور خطأ المرحلة (صورة الائتمان: ADI)

يمكن قياس EVM وضوضاء الطور المتكامل وخطأ طور rms والارتعاش وغير ذلك بشكل فعال باستخدام محلل الإشارة.

حظر VCO

بالنسبة لتطبيقات 5G ، تعد مواصفات حظر VCO مهمة في الأنظمة الخلوية حيث تكون الانبعاثات القوية مصدر قلق. إذا كانت إشارة جهاز الاستقبال ضعيفة ، وكانت ضوضاء VCO عالية جدًا ، فقد تخفض إشارة جهاز الإرسال القريبة وتطغى على إشارة الهدف.

الشكل 7: حظر ضوضاء VCO (رصيد الصورة: ADI)

يوضح الشكل أعلاه كيف يمكن لجهاز إرسال قريب (على بعد 800 كيلو هرتز) أن يطغى على إشارة الهدف -101dBm عند الإرسال عند -25dBm إذا كان جهاز الاستقبال VCO صاخبًا للغاية. تشكل هذه المواصفات جزءًا من معايير الاتصال اللاسلكي. تؤثر مواصفات المنع بشكل مباشر على متطلبات أداء VCO.

بلورة ضوضاء منخفضة الطور

في التصميم عالي التردد ، المذبذبات البلورية التي نستخدمها هي في الأساس مذبذبات بلورية كوارتز. ستؤثر بعض العوامل الخارجية (مثل درجة الحرارة) على ثبات المذبذب البلوري. يوفر موقع Digi-Key على الويب معلمات مذبذب بلوري تفصيلي ليقوم الجميع بفحصها (انظر المذبذب البلوري Digi-Key للحصول على التفاصيل). بالنسبة لفحص مؤشر أداء ضوضاء الطور ، يمكنك الانتباه إلى المعلمة “استقرار التردد”.

الشكل 8: معلمة “استقرار التردد” في صفحة اختيار الكريستال الرقمي

بالإضافة إلى ذلك ، يعد نوع المذبذب البلوري أيضًا عاملاً مهمًا للغاية ، كما هو موضح في الشكل التالي:

الشكل 9: معلمة “النوع” في صفحة اختيار بلورة Digi-Key

فيما يلي ملخصنا لخصائص أنواع البلورات الشائعة:

نوع الكريستال	سمات	طلب
XO: مذبذب بلوري قياسي	أبسط نوع من المذبذب البلوري	مجموعة واسعة من التطبيقات
TCXO: مذبذب درجة الحرارة المعوض	قم بإجراء تعويض درجة الحرارة لجعل تردد الإخراج أكثر استقرارًا	مناسب للمناسبات التي تتغير فيها درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير ، والتطبيقات في البيئات الديناميكية ، مثل الهواتف المحمولة ، والهواتف الذكية ، وما إلى ذلك.
VCXO: مذبذب التحكم في الجهد	يتم التحكم في تردد الخرج بواسطة جهد الدخل	يشيع استخدامها في الحلقات المغلقة الطور ، والخلاطات ، ومولدات الإشارة ، إلخ.
OCXO: مذبذب كريستال يتم التحكم فيه بالفرن	يحافظ على درجة حرارة مذبذب الكريستال ثابتة ، مما ينتج عنه تردد خرج أكثر استقرارًا	يشيع استخدامها في المناسبات ذات متطلبات استقرار التردد العالي

إذا كنت تريد أن تعرف عن المذبذبات البلورية ، يمكنك النقر فوق لعرض المنشور التالي – أساسيات اختيار المكونات الإلكترونية – المذبذبات البلورية.

ملخص هذا المقال

من منظور الضوضاء ، الهدف من سلسلة الإشارة هو تقليل تدهور منحنى ضوضاء طور المذبذب. لذلك ، في هذه الأنظمة عالية الأداء ، تكون متطلبات المذبذبات البلورية أعلى أيضًا. لذا فإن اختيار البلورة المناسبة للتطبيق المستهدف يمكن أن يجعل التصميم أكثر كفاءة.

إذا كنت تحب هذه المقالة وتعتقد أنها تساعد في أعمال التصميم والتطوير الخاصة بك ، فيرجى “مشاركة + أعجبني”!