Low phase noise audio clock

Description

Niskoszumny generator kwarcowy AUDIO to idealne rozwiązanie dla osób szukających wysokiej klasy źródła zegara dla swoich cyfrowych urządzeń audio. Sprawdzi się w tuningu odtwarzaczy CD, budowie lub tuningu przetworników DAC, czy interfejsów USB. Zapewnia stabilną częstotliwość, niski szum fazowy oraz idealne odwzorowanie sygnału prostokątnego.

Rys.1. Pomiar częstotliwości dokonany kalibrowanym częstościomierzem.

Rys.2. Sygnał wyjściowy z generatora.

Niskoszumny generator kwarcowy AUDIO zbudowany jest w oparciu o analogowy generator Butlera autorstwa MuzgAUDIO. Jego głowny element jakim jest rezonator kwarcowy pochodzi od czołowego polskiego producenta, który dostarcza rozwiązania dla wojska – firmy Omig. Zastosowany oscylator posiada tolerancję 5ppm, starzenie 1ppm/rok i bardzo niską rezystancję szeregową. Generator umieszczony jest na osobnej płytce PCB, zawieszonej na połączeniach elastycznych, w komorze wypełnionej gąbką, a od zewnątrz ekranowanej stalową blachą. Jest dzięki temu odporna na wpływ wibracji mechanicznych, zewnętrznego pola EMI, zbliżanie elementów obcych. Dodatkowo dzięki podgrzewaniu kwarcu uzyskujemy znacznie mniejszy dryf temperaturowy niż by to miało miejsce przy temperaturze pokojowej. Układ strojony jest indywidualnie dla każdego oscylatora tak aby uzyskać kształt idealnego sinusa. Pozwala to na precyzyjną detekcję poziomu w następnym stopniu i znacznie redukuje jitter.

Rys.3. Histogram otrzymany podczas pomiaru jittera sygnału wyjściowego.

Następnie uzyskany w poprzednim stopniu sinusoidalny przebieg wyjściowy poddawany jest przekształceniu na prostokątny w szybkim <4ns komparatorze. Pozsiada on wyjście push-pull, dzięki czemu impedancja wyjściowa generatora może być niska i wynosi 50R.

Rys.4. Pomiar nachylenia zbocza wykazał ok. 500ps zarówno dla zbocza opadającego, jak i narastającego.

Niskoszumny generator kwarcowy AUDIO dostępny jest w najnowszej wersji V1.4 posiadającej możliwość ręcznej konfiguracji poziomu sygnału wyjściowego. Dokonuje się jej przez zwarcie kroplą cyny padów do tego przeznaczonych:

• pady zwarte: poziom 3,3V
• pady rozwarte: poziom 5V

Rys.5. Lokalizacja zworki ustalającej poziom sygnału wyjściowego.

Wersja V1.4 posiada także nowy generator typu Butlera, o zwiększonej stabilności częstotliwościowej i mniejszym szumie fazowym (jitter).

Niskoszumny generator kwarcowy AUDIO zasilany jest z pojedynczego napięcia 5-10V, które poddawane jest wejściowej filtracji CLCLC, a następnie trafia do dwóch, dyskretnych regulatorów typu shunt – oddzielnie dla oscylatora i układu formowania przebiegu wyjściowego. Zalecany poziom napięcia zasilania:

• dla sygnału wyjściowego 3,3V: 5-6V
• dla sygnału wyjściowego 5V: 8-9V

Parametry:

• zasilanie: 5-10V
• pobór prądu: 120mA
• bazowa tolerancja: <1ppm w temp +25ºC
• tolerancja w zakresie temperatur -40 do +85 ºC: 50ppm
• jitter: 10,3ps
• impedancja wyjściowa: 50R
• poziom wyjściowy: 3,3V lub 5V – ustawiane zworką
• kształt przebiegu: prostokątny
• czas narostu 10-90%: ~500ps
• współczynnik wypełnienia: 50%
• wyjście: pady lutownicze pasujące do złacz SMA/SMB lub Fakra. Możliwość przylutowania przewodu.
• wymiary: 70 x 40mm grubość 22mm z kołkami dystanowymi

Proces produkcji generatora jest rozbudowany i podzielony jest na następujące etapy:

• montaż płyty głównej
• montaż oscylatora
• zgrubne strojenie częstotliwości oscylatora
• strojenie kształtu przebiegu oscylatora
• montaż całości
• precyzyjne strojenie częstotliwości
• wygrzewanie 24h pod prądem
• precyzyjne trojenie częstotliwości
• wygrzewanie 30min
• ostateczne, precyzyjne strojenie częstotliwości

Ze względu na powyższe niskoszumny generator kwarcowy AUDIO dostępny jest aktualnie tylko na zamówienie i czas oczekiwania wynosi ok. 2 tygodnie.

Pomiary tolerancji temperaturowej dokonane zostały w komorze klimatycznej firmy CTS:

Rys.6. Generator w komorze klimatycznej.

Przykład zastosowanie w odtwarzaczu Marantz CD6000OSE: