חשיבותו של פוריות ספקטרלית בביצוע אותות

התפקיד של טוהר ספציפי בביצוע אותות

גנרטורים אותות הם מעשי העבודה של בדיקות אלקטרוניקה, ייצור גלפורים מבוקרים עבור מכשירים אפיון, אימות קישורים תקשורת, וסימול תנאים אמיתיים בעולם האמיתי.בין הפרמטרים ביצועים רבים המגדירים איכות של גנרטור, FLT:0spectralטוהרFLT:1 עומד כתכונה בסיסית המשפיעה ישירות על דיוק ואמינות מערכת.

טוהר ספציפי מתאר את התואר שבו האנרגיה של אות הפלט מרוכזת בתדר הרצוי, עם כוח מינימלי דולף לתוך ערוצים סמוכים או מהתגלות כרעש. אות טוהר גבוה מופיע כשיא חד חד חד אחד על מנתח ספקטרום; אות מזוהם מראה גוונים נוספים, חצאית מטושטשת של שלב רעש, או רצפת רעש גבוהה הבנה מה מניע טוהר, איך זה נמדד, ומדוע זה עוזר מהנדסים הנכונים כדי לבחור את התוצאות של הבדיקה הנכונה עם התוצאות שלהם.

מה זה Spectral Purity?

בליבה, טוהר ספקטרלי הוא מדד של איך "נקי" אות הוא בתחום התדר.סימן הסינוסאיד האידיאלי מכיל בדיוק רכיב תדר אחד דיסקרטי עם אפס רוחב ואין אנרגיה אחרת בשום מקום אחר. גנרטורים אותות מעשיים, עם זאת, תמיד מציג פגמים להפיץ אנרגיה על פני תדרים סמוכים.

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) פליטות מטוהרות (spurs) ,(FLT:1) - טונס דיסקרטי, לא הרמוני שנגרם על ידי ערבוב פנימי, מזון שעון, או הפיכה כוח.

ההשפעה המשולבת של ליקויים אלה קובעת את הטוהר הספקטרום.עבור אות מבחן המייצג במדויק את גלפור עולם אמיתי או לשמש כטיפול למדידת מכשיר תחת מבחן (DUT), כל המרכיבים הלא רצויים האלה חייבים להיות נמוכים ככל האפשר.

שלב רעש: הבלתי נראה

רעש שלב הוא לעתים קרובות את הסטיות הדומיננטיות בגנרטורים אותות גבוהים.זה עולה משינויים בשלב אקראיים במקור אוסוציאלטור, אשר ניתן מודל כמודולציה תדירות על ידי רעש פס רחב.פרופיל רעש בשלב זה מתואר בדרך כלל ב- dBc / הרץ (הdecibels יחסית ל-Hytz של רוחב פס) בנקודת התחלה של נושא, לדוגמה, ייתכן ש-140 נקודות מגע נמוכות של 1B-הרץ באופן ישיר ל-R.

זלזול הרמוני

הרמוניים מתרחשים כאשר מגבר או שלב הפלט של הגנרטור האות מציג אי-לינימיות.עבור בסיס של 1 GHz, השני הרמוני ב 2 GHz ושלישי הרמוניקוי ב 3 GHz הם בעייתיים ביותר, בעוד בדיקות רבות כוללות מסננים נמוכים לדיכאון, את רמת ההרמוניות הפנימית של הגנרטור מגדיר את הבסיס עבור מה ניתן להשיג סטנדרטים כגון 10DC לבדיקות נוגדות את רמות הטיות.

המונחים:

Spurs הם גוונים דיסקרטיים שאינם קשורים באופן הרמוני לתדירות הפלט. הם לעתים קרובות להתעורר מאוזני שעון, ממירים דיגיטליים-ל-אנטלוג (DAC) שעון להאכיל באמצעות גנרטורים גלפורים שרירותיים, או זוג אספקת חשמל ripple. in אותות באמצעות סינתזציות דיגיטליות ישירות (DDS) או שלב-שלבים (LL), יכולים להופיע אותות של אותות של סימנים מוטמעים בתוך מוטציות כוזבים או סימנים.

מדוע דברים ספציפיים בבדיקת אמת-עולם

ההשפעה המעשית של טוהר ספקטרלי משתרעת כמעט בכל יישום שבו נעשה שימוש גנרטור אותות. להלן הם מספר תחומים שבהם טוהר לא יכול להוביל לתוצאות לא מדויקות, בדיקות ציות כושלות, או אפילו מחזורי עיצוב מחדש.

מערכת תקשורת אלחוטית Characterization

תקני אלחוטיים מודרניים - LTE, 5G NR, Wi-Fi 6E, Bluetooth - לכפות מסכות פליטה הדוקות ויחס דליפה של ערוצים (ACLR) דרישות.אם למניפסט עצמו יש רעש בשלב מופרז או זריקה, DUT עשוי להופיע להיכשל את הגבולות האלה גם כאשר זה למעשה מבצע נכון.לדוגמה, גנרטור עם רעש בשלב גבוה יכול להסוות את גודל השגיאה האמיתי (EV) של כוח בשלב נמוך יותר, אפילו אם הוא מקבל בדיקות מ"מ"מ"מ, אפילו יותר גבוה יותר, כי הוא מקבל יותר גבוה יותר מאשר אם הוא הופך ל- 5Gate רעש גבוה יותר גבוה יותר מאשר מ- GHz, כי הוא הופך להיות מ- 5Gate רעש גבוה יותר מאשר מ- GHz, כי הוא הופך להיות יותר.

• מדידות EVM מבטיחות גנרטור אשר ה- EVM ה-Freual שלה הוא לפחות 10 dB טוב יותר מאשר ביצועים צפויים DUT.
• בדיקות דחיית ערוצים של Adjacent-channel דורשות כי פיזור מהגנרטור אינם חופפים עם ערוץ המדידה.
• בדיקות חסימת מקבל להשתמש בפקידיות בעלות טוהר גבוה כדי לוודא שה-DUT יכול להבחין בין אות הרצוי למפריע - עבודה הרבה יותר קשה אם הגנרטור עצמו מייצר גוונים מעוררים.

רדאר ואוויר / צנזורה

במערכות מכ"ם, טוהר ספקטרלי משפיע ישירות על טווח זיהוי וקצב אזעקה כוזב.שלב רעש מגביל את היכולת לזהות מטרות איטיות הנעות בנוכחות קלואנטר חזק כי הצדדים הרעש של הד גדול יכול להסוות את השינוי דופלר הקטן של אובייקט נע גנרטורים אותות אותות המשמשים לבדיקת מקלטי מכ"ם ומערכתיות מקטעי קיבולת לחץ גבוהה במיוחד, לעתים קרובות יותר מאשר -150 / פתורים קריטיים עבור איומים על ידי פתורים צבאיים.

חקירה רפואית ומדענית

בדמיית התחדשות מגנטית (MRI), התחדשות מגנטית גרעינית (NMR), ויישומים שעון אטומי, הטוהר הספקטרום של אות ההתייחסות קובע את ההחלטה והיציבות של המערכת כולה. גנרטור אות עם רעש בשלב גרוע מרחיב את ההתחדשות קווויאט, מקטין את יחס האות-ל-לא-אין של המדידה באופן דומה, ב- accelsleders ובמחקר מדעי, אותות ניקוי-גלים נדרשים לדלקתיים;

בדיקות Semiconductor ו-Commonent Testing

ADCs במהירות גבוהה, DACs ו-RFICs נבדקים עם גנרטורים אותות כי חייב להיות טוהר גבוה בהרבה מהמכשיר נמדד.לדוגמה, כאשר מדידת 16 סיביות ADC, עיוות הרמוני לחלוטין של אותות ו רצפת רעש חייב להיות טוב יותר מ -100 dS כדי להבטיח כי הביצועים האמיתיים של ADC נתפס. אם הנזקים של הגנרטור הם אפילו כמה ייצוב של חומר זה לא יהיה בשימוש על ידי ייצוב של מהירויות של ייצוב של ייצוב של קיבולת גבוהה יותר.

גורמים המשפיעים על הטוהר הספקטרום

מעצבי גנרטורים אותות חייבים לנהל בקפידה מקורות מרובים של זיהום ספקטרלי.הבנת גורמים אלה מסייעת למשתמשים לקבל החלטות מושכלות בעת בחירת ציוד ובדיקות תצורה.

אדריכלות: PLL vs. DDS לעומת YIG

לב של כל גנרטור הוא מקור התדר שלו.שלוש ארכיטקטורות נפוצות לכל אחד יש מאפיינים טוהרים ספקטרליים נפרדים:

• (FLT:0) לולאה נעולה (PLL) מסנתז'רסFLT:1 - מנעול oscillator מבוקר מתח (VCO) ליחס יציב. pLL יכול להשיג רעש שלב מצוין קרוב לנושא אבל יכול להציג זריקות עקב תדירות התפעול של הגלאי (FLL) לשימוש עבור שלבים בסדר, לייצר התפרצויות של מסננים בעלי פילטרים קבועים.
• (FLT:0) סינתזה דיגיטלית (DDS)BuildFLT:1) - משתמש oscillator נשלט מספר פעמים ו DAC כדי ליצור גלפורים ישירות.DDS מספק מעבר מהיר ורזולוציה תדר דק, אבל רעש הקוונטי של DAC, הזנת שעון, וזריקת ייצור כי יכול להיות קשה לסנן DDS המודרנית, IC משלבת לעתים קרובות חומרים דיגיטליים ל-DDRD80-Dirdrinic).
• (FLT:0) oscillators oscillatorsFLT:1 - מציעים רעש בשלב נמוך מאוד בתדרים גבוהים על ידי שימוש בספירה מהדהדת מגנטית. YIGs נפוצים בגנרטורים מיקרוגל end גבוה כי הם משלבים טווח כוונון רחב עם טוהר ספקטרלי מעולה.

גנרטורים רבים בעלי ביצועים גבוהים משתמשים בגישה היברידית: oscillator YIG נעולה בהתייחסות נמוכה יותר קידוד באמצעות PLL כדי לשלב רחב של כוונון, רעש שלב נמוך ודיוק תדר.העיצוב של הגלאי שלב, לולא רוחב פס, ומקור ההתייחסות לתרום לטוהר הספקטרום הסופי.

איכות אוקסטור

כל סינתז תלוי במודול ההתייחסות של אוקטטור - בדרך כלל גביש קוורץ (OCXO או TCXO) או תקן אטומי של פשיום אטומי של הפניה ויציבות ארוכת טווח להגדיר ישירות את הגבול התחתון של רעש השלב הכולל של הגנרטור. עבור יישומים קריטיים, הפניה חיצונית 10Hz ניתן לספק ממקור אולטרה-נמוך.

כוח אספקה ו-Leleout

רעש מוזרק דרך מעקות כוח הוא מקור נפוץ של דשנים ורעש פס רחב. גנרטורים המשתמשים בהחלפת הרגולטורים ללא די לאחר רגולציה נאותה לעתים קרובות להציג דחפים הקשורים לעוצמה בתדירות המעבר (בדרך כלל 100 kHz לכמה מגה-הרץ) ואת אותותיה לדלקתיים (pon-Ricials) אלא אם כן קוטר לאחר-regulators, decoupling זהיר, ומגן על הפריסה זו מפחיתהטקטורת אנלוגיה, כמו גם את ה-Fretry, כמו גם את ה-Gate דיגיטלי, כמו גם את ה-Gatexry-Pertopertatives.

המונחים: amplifier Linearity and Filter

המגבר הסופי שמביא את האות לרמה הנדרשת חייב להיות ליניאריות גבוהה כדי להימנע יצירת הרמוניות. על כוח פלט גבוה (למשל, +20 dBm), המגבר מופעל לעתים קרובות ליד דחיסה, אשר מגביר עיוות הרמוני. גנרטורים רבים כוללים מסננים נמוכים נבחרים כי לעבור באופן אוטומטי שינויים התדר כדי להסיר נזקי חשמל תוך שמירה על כוח.

גורמים סביבתיים

שינויים בטמפרטורות, רטט והתערבות אלקטרומגנטית כולם משפיעים על טוהר ספקטרלי. Oscillators סחף עם טמפרטורה, הרחבה של שלב רעש pedestal. רטט מכני יכול לגרום לתדירות משתנה בתדר בתדרים נמוכים.עבור גנרטורים ספסל בסביבות מעבדה, השפעות אלה הן בדרך כלל קטנות, אבל עבור ציוד בדיקה נייד או שדה-דפסיד, oscillator טמפרטורה ותגמול הופכים חשובים.

כיצד נמדדת הטוהר

טוהר ספקטרלי דורש מנתח ספקטרום או מערכת מדידה של רעש שלב ייעודי.המדדים העיקריים המשמשים בגליונות נתונים ומפרטים הם:

Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)

SFDR מוגדר כההבדל ב decibels בין amplitude של האות הבסיסית לבין amplitude של המרכיב הגדול ביותר מעורר השראה (מלבד הרמוניים, אלא אם כן נכלל במפורש) זה בדרך כלל מוגדר על פני רוחב פס מסוים ו עבור תדירות נושא מסוים. A גבוה SFDR, למשל, 80 dcc, מציין כי הגנרטור יכול לייצר אות עם מעט מאוד, מה שהופך אותו לבדיקות מרובות טון ובחירת.

שלב רעש

רעש שלב נמדד על ידי השוואת האות תחת מבחן למקור התייחסות אולטרה-נוזה במערך גלאי שלב. מודרניים שלב מנתחים (למשל הרץ, מ Keysight, Rohde & שוורצ, או Noise XT) יכולים למדוד עד -180 dBc / הרץ בשלב מתקדם במידות גדולות.

התנתקות הרמונית ופירוק מוחלט (THD)

עיוות הרמוני הוא היחס של RMS amplitude של הרמונית מוגדרת (בדרך כלל 2nd ו 3rd) ליסוד, המובא ב dBc. THD מסכם את הכוח של כל הרמוניות. עבור גנרטורים אותות, ביצועים הרמוניים לעתים קרובות מוגדר על פני טווח התדר התפעולי. לדוגמה, גנרטור עשוי להבטיח נזקי <-30DBc מתחת 10 ו < < ⁇ ⁇ ⁇ מעל 1 אינץ ' GHz ניתן לשפר את זה על ידי מספר חיצוני.

רצפה רעש ו-Residual Noise

רצפת הרעש של מחולל אותות באפס פלט (קרר) הוא בדרך כלל מוגבל על ידי רעש תרמי מן הפלט אינתמטור ומגבר. כאשר המוביל נמצא, רעש בשלב רעש רעש ורעש האמרה מעלה את הרצפה ליד המוביל. Residual ( ⁇ Modulation) הוא עוד מדד הנגזר משילוב רעש בשלב הרץ על רוחב פס מוגדר (למשל, 20 עד 20 k) ומשמש לעתים קרובות לבדיקה אודיו.

מסחר-Offs בין Purity Spectral ו-Competments אחרים

מהנדסים בוחרים מחולל אותות חייבים לאזן טוהר ספקטרלי כנגד תכונות חשובות אחרות כגון טווח תדר, כוח פלט, החלפת מהירות ועלויות.

• (FLT:0Wide Fre טווח לעומת טוהר:FreaLT:1 גנרטורים המכסים הרבה octaves (למשל, 100 kHz עד 40 GHz) לעתים קרובות להשתמש מעבר בין מספר oscillators ותדירות רב, אשר מציג יותר דרבן ורעש בשלב גבוה יותר מאשר מקור פס בודד מוגבל יכול להשיג טוהר גבוה יותר.
• (FLT:0) תדירות מעבר לעומת רעש בשלב נמוך: ההרחבה 1 (PLL-Snaz) ⁇ מבוסס PLL, אשר מתיישב במהירות בדרך כלל להשתמש רוחב פס רחב יותר של לולאה, אשר עובר יותר רעש שלב ההתייחסות ורעש VCO. עבור יישומים הדורשים גם מעבר מהיר וטוהר גבוה, מעצבים משתמשים בטכניקות כגון predistortion דיגיטלית או מספר התאמות עם מסננים מעבורות.
• (FLT:0) כוח פלט גבוה לעומת הרמוניות נמוכות: אנדרל 1 כדי להשיג +20 dBm או יותר על פני טווח תדר רחב, המגבר הפלט נדחק לתוך דחיסה, ייצור הרמוניות.אם תוכן הרמוני נמוך הוא חיוני, סינון חיצוני או נמוך הגדרות כוח פלט הם הכרחיים.
• (FLT:0Arbitrary waveform Generation לעומת ספקטרום ספקטרלי: FLT:1 Arbitrary waveform גנרטורים (AWGs) יכולים לייצר אותות מורכבים, אבל רעש SFDR ושלב שלהם הם בדרך כלל גרועים יותר מאלה של גנרטורים CW טהורים בגלל ההחלטה הסופית של DAC ו- sampling שעון ג'טר.

בחירת מחולל אותות בהתבסס על דרישות ספציפיות

כאשר בוחנים גנרטור לבדיקה מסוימת, שאל את השאלות הבאות:

1. מה נדרש SFDR עבור היישום?קבל בדיקה בין-מודולציה בדיקות לעתים קרובות צריך >75 dBc; עבודה בסיסית ספסל מעבדה עשוי להיות בסדר עם 60 dBc.
2. מה הם תדרי ההתחלה הקריטיים לרעש שלב? - רדאר דופלר דורש רעש בשלב נמוך מתחת ל-1 MHz; מדידות Wi-Fi EVM רגישות ב-10 kHz ל-100 kHz.
3. האם יש צורך בנזקים, או שהם צריכים להיות מסוננים?עבור בדיקות ADC בעלות גבוהה, רמות הרמוניות מתחת ל--90 dBc נדרשים לעתים קרובות, אשר עלולות לעלות אפילו על הגנרטורים הטובים ביותר ללא סינון חיצוני.
4. האם הגנרטור יופעל בסביבה מעבדה שפירה או נתון לקיצוניות טמפרטורה ולדריטציה? לשימוש שדה, לחפש אוספי טמפרטורה ועיצוב מכני חזק.

(ב) כלכלנים מובילים כגון:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.17.1 ,5 , ו-FLT:6Bruelph ו-WirdFLT 7 מספקים נתונים טוהרים מפורטים בגליונות הנתונים שלהם.

מגמות עתידיות ב- Spectral Purity

כשמערכות תקשורת נעות לתדרים גבוהים יותר ורוחבים רחבים יותר, הביקוש לרעש בשלב נמוך יותר ופליטות מעוררות ממשיך לגדול.כמה התפתחויות מעצבות את הדור הבא של מחוללי אותות:

• (FLT:0) Synthetic aperture מכ"ם וטכנולוגיות קוונטיות FLT:1 דורש רעש בשלב מתחת -160 dBc /Hz ב 10 kHz, דוחף עיצובים של אוסטרטור לעבר resonators מפואר מפואר ו-Flowerative Frebs.
• (FLT:0) מניעת הריון והזנת תיקון מראשFLT:1 הם מוחלים על גנרטורים אות כדי לבטל הרמוניים ומוצרי בידוד, שיפור SFDR ללא הקרבה כוח התפוקה.
• (FLT:0) ,Dual-loop PLLs ואדריכלות רב-ערוצית סינכרונית מספר 1FIRLT מאפשר אותות נקיים על ידי הפרדת דור ההתייחסות מהתפוקה VCO, ועל ידי שילוב של גנרטורים מרובים עבור בדיקות בשלב-אריות.
• (FLT:0) על שבב עצמי-calibrationalph:1) ב DDS מודרני ו- PLL ICs מאפשר ביטול באופן אוטומטי, צמצום כוונון ידני ושיפור הכדאיות בסביבות מבחן הייצור.

מסקנה

טוהר ספציפי אינו פרמטר מבודד יחיד אלא שילוב של רעש שלב, הרמוניות, ודרבן כי לקבוע באופן קולקטיבי את איכות האות. עבור בדיקות מדויקות וביצועי מערכת אמינה, מהנדסים חייבים להבין רכיבים אלה, כיצד למדוד אותם, ומה המהנדסים הקיימים בין טוהר לבין יכולות גנרטור אחרות.אם תכנון מדדי מערכת 5G, הפחתת מכ"ם, או הפעלת מבחן אמינות לטווח ארוך, בחירת אותות מתקדמים עם תכונות סטנדרטיות לא יכולות להבטיח את הגמישות המתאימות של בדיקות אלה.