Diesmal hatte ich eine schöne messtechnische Aufgabe: Die Untersuchung an Nachrüst-Clocks für Digitalanwendungen.
Die Kandidaten waren:
(1)Die Hoerwege Master Clock:
(2)Die Ultra low noise Clock von Sellarz ULPNC:
(3)Die R-Clock von Sellarz:
(4)Die Neutrino Clock von New Class D:
Frequenz lässt sich bei Bedarf justieren
(5)Die Neutron Star3 Clock von New Class D:
Frequenz lasst sich bei Bedarf justieren
Zuerst einmal habe ich die Frequenzgenauigkeit gemessen:
Alle Clocks waren 25,0 MHz Typen. Eine Messung über jeweils 30 Minuten ergab folgende mittlere Ausgangsfrequenzen:
- : 24,999 929 845 21 MHz
- : 24,999 904 321 82 MHz
- : 25,000 009 584 44 MHz
- : 24,999 913 879 89 MHz
- : 24,999 978 989 54 MHz
Da keine der Clocks über einen ofenstabilisierten Quarz verfügt, sind die Ausgangsfrequenzen im zu erwartenden Bereich. Für Audio Anwendungen ist die Frequenzgenauigkeit völlig ausreichend!
Was für Audio Anwendungen interessanter ist, sind kurzzeitige Frequenzabweichungen:
1 2 3 4 5
Standard Deviation: 0,11Hz 0,028Hz 0,031Hz 0,098Hz 0,072Hz
RT Alan Variation: 0,0099Hz 0,030 Hz 0,025Hz 0,028Hz 0,028Hz
Allan Variation: 0,000020Hz 0,000761Hz 0,000823Hz 0,000763Hz 0,000903Hz
Variance: 0,00122Hz 0,00274Hz ,000984Hz 0,00324Hz 0,00975Hz
Empfindlich Temp.: Nein Ja Ja Ja Ja
Empfindlich Vibration: wenig mittel mittel mittel mittel
Insgesamt sind die Werte wie bei diesen Konzepten zu erwarten. Ein echter Quarzofen mit entsprechendem Aufbau liefert natürlich bessere Ergebnisse, ist aber auch deutlich teurer. Hier muss man mit Preisen (nur für den Quarzofen) von € 500.- bis € 5000.- rechnen. Insbesondere, wenn man die typischen „krummen“ Frequenzen für DA-Wandler benötigt – z.B. 24,576MHz.
Die Kapselung der Hoerwege-Clock mit einem soliden Alublock sehe ich als deutlichen Vorteil.
Als nächstes habe ich mit einem speziellen Messplatz den Phase Noise der Clocks gemessen. Der Marker steht jeweils bei 1 kHz Entfernung vom Träger. Zum Verständnis von „Phase Noise“: Wenn eine Frequenz erzeugt wird, wäre das Optimum, wenn nur die gewünschte Frequenz erzeugt wird, also bei einer Entfernung von 1 Hz vom Träger schon überhaupt nichts mehr zu messen wäre. Dieses Optimum ist nicht zu erzielen! Wirklich gute Quarzöfen schaffen einen Phase Noise von besser – 100dBc bei 100 Hz offset. Die geprüften Clocks liefern alle recht gute Ergebnisse. Siehe die folgenden Screen-Shots.
Hoerwege Clock:
Sellarz Clock:
Sellarz R-Clock:
New Class D Neutrion Clock:
New Class D Neutron 3 Clock:
Wie man sieht, sind die Unterschiede nur geringfügig. Generell: Je schneller die Kurve abfällt und je niedriger sie dann verläuft, desto besser. Hier hat die New Class D Neutrino Clock knapp die besten Werte.
Das nächste Qualitätskriterium ist das Ausgangssignal der Clocks: Gemessen habe ich jeweils mit 50 Ohm Abschluss. Alle Clocks liefern ein Rechteck-Signal. Hier ist es wichtig keine Überschwinger zu haben und der Anstieg sollte möglichst steil sein! Hierzu die Erklärung: Die digitalen Bausteine, die das Clock Signal benötigen, z.B. D/A Wandler erkennen z.B. ein Signal von -0,2 bis 0,7 V als „low“ und ein Signal was größer ist als „high“ der eigentliche Trigger ist z.B. der Übergang von „low“ auf „high“. Hier gibt es eine sogenannte „Trigger Ungenauigkeit“ – was nichts anders heißt, als das bei verschiedenen Spannungswerten getriggert wird – z.B. 1 V und 1,1 V. Ist das Rechtecksignal nicht steil genug, kann man dies als Frequenzschwankung, also Jitter bezeichnen.
Siehe die folgenden Screen Shots.
Hoerwege Clock:
Keine Überschwinger, schön symmetrisch etwas langsamer Anstieg.
Sellarz Clock:
Keine Überschwinger, etwas unsymmetrisch, recht schneller Anstieg.
Sellarz R-Clock:
Leichte Überschwinger, etwas unsymmetrisch, etwas langsamer Anstieg.
New Class D Neutrino Clock:
Deutlich höherer Ausgangspegel, Leichte Überschwinger, symmetrisch recht schneller Anstieg.
New Class D Neutron3 Clock:
Etwas höherer Ausgangspegel , sehr leichte Überschwinger, symmetrisch, recht schneller Anstieg.
Bei dem etwas höheren Ausgangssignal der New Class D Clocks muss man aufpassen, folgende Baugruppen nicht zu übersteuern. Das eindeutig sauberste Rechteck hat die Hoerwege Clock, Die höchste Anstiegsgeschwindigkeit die New Class D Neutrino Clock. Wie sich das klanglich bemerkbar macht, muss man einfach ausprobieren!
Insgesamt haben alle Clocks ordentliche Performance messtechnisch abgeliefert. Im Vergleich zu den normalerweise eingebauten SMD Quarzen natürlich eine deutliche Performance-Steigerung.
Zusätzlich habe ich mir auch das Spektrum der Clocks im Bereich von 100 kHz bis 250 MHZ angesehen. Da alle Clocks Rechtecksignale liefern, hat man natürlich überall die Harmonischen dabei.
Hoerwege Clock, Spektrum:
Einige kleine Störspitzen zwischen den Harmonischen/Träger zu sehen.
Sellarz Clock:
Keine Störspitzen aber andere Pegelverteilung der Harmonischen.
Sellarz R-Clock:
Keine Störspitzen, Harmonische ähnlich der anderer Sellarz-Clock.
New Class D Neutrino Clock:
Keine Auffälligkeiten!
New Class D Neutron 3 Clock:
#
Keine Auffälligkeiten.
Hinweis zu den Harmonischen: Wenn die gradzahligen Harmonischen niedriger sind als die ungradzahligen (z.B. Hoerwege-Clock) bedeutet das im Signal weniger oder keine Überschwinger sind und dass das Signal symmetrisch ist, ist also positiv zu werten.
Die Hoerwege Clock habe ich schon in eigenen Anwendungen mit Erfolg eingesetzt – bringt eine hörbare Steigerung der Wiedergabequalität. Die anderen Clocks verhalten sich messtechnisch ähnlich. Welche in der einzelnen Anwendung die besten Ergebnisse bringt sollte man durch Hörtests feststellen. Gravierende Unterschiede würde ich nicht erwarten.