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HKOB
タイトル
A/Dコンバータのデータシート:FFTスペクトルについて-その1
ポイント []
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アクセス2979
カテゴリーA/D&D/Aコンバータ、クロック
キーワード FFTスペクトル   Dコンバータ   D変換周波数   整数倍   AD9626データシート図11   Powered by Yahoo
投稿日時10/12/02 15:08
A/Dコンバータのデータシートに必ず掲載されているFFTスペクトルについておたずねします。
A/D変換周波数とFFTポイント数で決まる時間と、ターゲット信号周期の整数倍がぴったり合致しないようなケース(データシートはほとんどこのケースと思います)でも、窓関数を用いていないようなスペクトルになっています。
例)AD9626データシート図11:170MSPS, ターゲット=10.3MHz 64k FFT

これはどう考えればよいでしょう?
例の場合、FFT期間内に10.3MHz信号の周期が3970.7...なのでこれを3971に丸め、64*1024*10.3MHz/3971=169.9876102MHz が実際のA/D変換周波数 ということなのでしょうか?
ご教授、よろしくお願いします。

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HKOB 回答番号 4
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納得です
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アクセス3080
投稿日時10/12/07 18:11
Greenlineさん、tomatinさん、ありがとうございました。
データシートには窓関数名の記載がないこと、スペクトルの根元が太っていないこと から、FFT期間に整数周期入るようにしているんだろう ということが確認できてすっきりしました。
そうですね、Pと2^Nが互いに素であることは不可欠です。
私の最初の投稿のようにfsを求めようとすると割り切れませんが、tomatinさんの計算のようにfinを求めるようにすれば必ず割り切れます。
よって今後は、データシートに記載のサンプリング周波数は正確な値、被測定周波数は丸めた値!と見るようにします。
以上のことがわかったので、私の別の投稿:FFTスペクトルについて-その2 に記載したように、被測定正弦波はDDSで発生しているような気がしてきました。
例としてDDSの位相アキュムレータビット数を32、DDSに与える周波数設定値をMとすると、
  M=P・2^(32-N)
となりますか。
これで、単一クロックから被測定信号発生とA/D変換、そして窓関数なしのFFT評価ができるっ! うれしっ!

Greenline 回答番号 3
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連続信号でFFTということですね
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アクセス3268
投稿日時10/12/06 17:11
tomatinさん、こんにちは。コメントありがとうございました。割り切れるということで、サンプリング窓(時間; 170Msps 64k = 65536point)において、連続した(不連続点が無い)信号に対してのFFTを行うということですね。メーカの人間が言うのも変ですが(汗)、「なるほど!」というところでした。ありがとうございます。

自分も先の書き込み前に、ちょちょちょっと電卓で計算していたのですが、「まるめ」を行って連続点にしていたというところまでは、ちょっと頭が回りませんでした。ありがとうございました。

tomatin 回答番号 2
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FFT SAMPLING 方式
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アクセス3299
投稿日時10/12/06 14:54
Windowを使わずにシャープなスペクトルを得るサンプリング方法を“Coherent Sampling”といいますが、

fin:被測定正弦波周波数
fs:サンプリング周波数
2^N:FFTサンプル数
P:ある2^Nと互いに素な数(被測定信号のサイクル数)
  ――この場合、奇数サイクルとなります。
とした時、次の関係が成り立つようにします。

fin/fs = P/ 2^N

FFTでADCを評価する場合、入力正弦波の位相に関して偏りのないサンプリング(ランダム サンプリング)をする必要がありますが、Pと2^Nが互いに素でないと重複サンプリングとなり、データに無駄が生じかつ量子化ノイズも“White”にならず一部が高調波歪に姿を変えます。

AD9626の場合、おそらく次の様な設定ではなかろうかと思います。
fs=170.00000MHz, N=16, P=3971、fin=10.3007507MHz


Greenline 回答番号 1
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re:FFTスペクトルについて
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アクセス3413
投稿日時10/12/04 20:31
HKOBさん、こんばんは。

> 窓関数を用いていないようなスペクトル

これらのデータはアナログ・デバイセズのADC analyzerというソフトウエアで計算されているはずです。ただいま会社のPCではないので、別途確認(関係者もふくめて)してみたいと思いますが、とりあえず私見として。

おっしゃるように窓関数を用いていなければギブス現象により、周波数スペクトルが暴れることがありますね。

このプロットにはいくつか理由が考えられるかとかと思います。データがナイキスト周波数まで出ているので、おっしゃるようなギブス現象として見えるのではないかと感じられますね。

1) ギブス現象は信号のスペクトルとサンプリング長に相当する矩形フィルタとの周波数軸の畳み込みf(ω)(x)sinc(ω)となるはずです。ここでは信号がシングルトーンとなっていますので、それが目立たないのではと思われる点

2) それではノイズフロアがうねるはずでは?という点については、ノイズ自体は満遍なく広がっていますので、ギブス現象が顕著に現れないのではないかと思われる点

3) 窓関数も周波数特性が高いところで急激に低下するようなフィルタ(たとえばtukey窓…マイナーらしいですが)などが使われているかも?という点

などが思いつきました。アベレージングした結果?とかも思いましたが、FFT Bin数とフロアのレベル、AD9626のSNRのスペックから計算しても、そういうこともなさそうでした…。

参考にした文献:萩原将文; デジタル信号処理, 森北出版(数式が多いですが結構わかりやすいです)

また何かわかったら、アップさせていただきます!

ということでHKOBさんから引用いただいた、AD9626は…
AD9626: 12ビットA/Dコンバータ、1.8V、170/210/250 MSPS
http://www.analog.com/jp/AD9626

です。テンプレートリンクなのでこんな風に記述しています(^_^)。そういえば、昨日もゆるきゃら「うなりくん」の市に行ってアナログウェブさんがこのテンプレートリンクについてのプレゼンしてました(^_^;

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