Freqüência extra estranha no oscilador de cristal

Eu herdei um circuito de outro projetista usando um cristal de 12.288 MHz como fonte de um relógio de áudio. Recentemente, tivemos problemas na cadeia de suprimentos e me pediram para aprovar uma peça alternativa com especificações idênticas. Como parte disso, comparei uma FFT de nossa unidade "amostra de ouro" e o novo cristal em consideração.

Fiquei surpreso ao descobrir que a FFT de ambas as unidades era assim:

Aqui você pode ver dois picos de frequência - um em 12,28 MHz (próximo aos 12,288 MHz esperados) - e outro com amplitude praticamente idêntica em 12,72 MHz. Isso me parece uma má notícia - embora a saída de áudio pareça boa para o meu ouvido.

Alguém sabe qual é a provável causa disso? Dado que isso é usado para registrar um DSP (que o usa como fonte de relógio de áudio), é provável que haja impactos negativos desse tipo de comportamento?

Duas observações:

1. 12,28 e 12,72 são exatamente simétricos em torno de 12,50 MHz.
2. A forma de onda exibida parece ter "batidas" nela

As batidas são reais (você veria as batidas se houvesse uma mistura de duas frequências presentes) ou são um artefato de amostragem. Não é necessário que a frequência de amostragem seja muito baixa (no sentido do critério de Nyquist) - é suficiente que exista um "bloqueio de fase" quase perfeito entre a frequência de amostragem e a frequência de interesse.

Nesse caso, acho que as batidas são uma consequência da maneira como os dados estão sendo exibidos. Eu escrevi algumas linhas de código para simular isso. Se você pressupõe que sua tela possui 512 pixels de largura e uma amostra por coluna de pixels, para a frequência especificada, você obtém o seguinte gráfico:

O que é indistinguível de duas frequências batendo uma com a outra. Agora eu sei que sua tela é provavelmente mais estreita que isso, mas talvez haja alguma tentativa de inteligência no software da tela - precisamente para tentar reduzir o alias. Mas "inteligente" nem sempre é o mesmo que "certo".

Concordo com Olin - coloque o escopo analógico antigo para funcionar ... ou, pelo menos, exiba menos ciclos na tela para ver o que isso lhe diz.

Isso realmente parece um artefato de amostragem do seu lado, não algo que o cristal está fazendo. Expanda a escala de tempo do escopo (menor tempo / divisão) até ter apenas um ciclo ou dois por divisão, no máximo. Se for um problema de alias de amostragem, o artefato deve desaparecer.

Como alternativa, observe o sinal com um escopo Ye Olde Analog.

Se for um artefato de amostragem, volte e leia a teoria da amostragem, prestando atenção especial ao que Nyquist tinha a dizer. Aprenda também sobre "alias".

Basicamente, um fluxo amostrado por pontos pode preservar apenas frequências até metade da taxa de amostragem. Frequências mais altas que a metade da taxa de amostragem se parecem com frequências mais baixas no sinal de entrada. Em outras palavras, após a amostragem, tudo se parece com uma frequência de 0 a metade da taxa de amostragem, estando ou não nessa faixa.

Na prática, é bom ter uma margem saudável entre o dobro da frequência mais alta no sinal de entrada e a taxa de amostragem.