Signal Jeneratör Performansında Spectral Saflığın Rolü

Signal jeneratörleri elektronik testlerin iş kümeleridir, cihazları karakterize etmek için kontrollü dalgaformları üretir, iletişim bağlantılarını doğrulayın ve 5G temel istasyonu testlerini havacılık radar gelişimine içeren birçok performans parametresi arasında, iyi tanımlanmış bir sinyal lüks değildir - temel bir gerekliliktir.

Spektral saf, çıktı sinyalinin enerjisinin istenen frekansta yoğunlaştığı derecesi açıklar, minimum güç, bitişik kanallara veya gürültü olarak ortaya çıkar. Yüksek hacimli sinyal, test kurulumu ve sonuçları güvenle yorumlamaya yardımcı olur.

Spectral bir yarılık nedir?

Onun özünde, ⁇ saflığı, frekans alanında “temiz” bir sinyalin nasıl bir ölçü olduğunu ölçmektir. İdeal bir sinusoidal sinyal, sıfır genişlikte tam olarak bir ayrı frekans bileşeni içerdi ve başka hiçbir yerde başka hiçbir yerde başka bir yerde değil. Pratik sinyal jeneratörleri, ancak, her zaman yakındaki frekanslarda enerjiyi yayan kusurları tanıtır.

  • [FONT:0)Phase gürültü[DÜT:1] - taşıyıcı frekansının geniş bir etek olarak görünen çıktı sinyalinin aşamasında rastgele dalgalanmalar.
  • [FONT:0]Harmonik bozulma[[Dönetici:0)[Döneticiler tarafından üretilen temel frekansların tam tersi sinyal yolunda.
  • [FONT:0]Spurious Emisyonlar (spurs)) – iç karıştırma, saat besleme veya güç tedariki ile ilgili olarak ortaya çıkan ayrı ayrı ayrı ayrı, akrep olmayan tonlar.

Bu bozulmaların birleşik etkisi, ⁇ saflığını belirler. Gerçek dünya dalgasını doğru bir şekilde temsil etmek veya test altında bir cihaz ölçmek için bir referans olarak hizmet etmek için bir test sinyali için (DUT), tüm bu istenmeyen bileşenler mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır.

Faz Gürültü: The Invisible Contaminant

Faz gürültü genellikle yüksek frekanslı sinyal jeneratörlerinde baskınlıktır. Osilatör kaynağında rastgele faz varyasyonlarından ortaya çıkar, bu da geniş bantlı gürültü ile frekans modulation olarak modellenebilir.Bu değer genellikle dBc/Hz (kullanıcıya göre yolcuya göre), taşıyıcıya göre düşük seviyeli sinyallerin belirlenmesi veya kontrasepsiyonun tespiti “-140 dBc /Hz.

Harmonic Distortion

Harmonics, sinyal jeneratörünün yükseltici veya çıkış aşamasının doğrusal olmayanlığı ortaya koyduğunda meydana gelir. 1 GHz temel olarak, ADC testinde ikinci harmonik ve 3 GHz'de en sorunlu ölçüm sonuçları önlemek için en temelleri içerir.

Spurious components

Spurs, çıktı frekansı ile uyumlu olmayan tonlardır. Genellikle saat osilatörlerden gelir, dijital-to-analog dönüştürücü (DAC) saat beslemesi, DUT'un geçiş bandında düşüş, vektör sinyallerinde doğrudan dijital sentez (DDS) veya faz kilitlenen döngüler (PLL) veya yanlış algılamalar ile ortaya çıkabilir.

Neden Gerçek Dünya Testlerinde Spectral Yarılık Maddeleri

Netlik pratik etkisi, sinyal jeneratörünün kullanıldığı hemen her uygulama boyunca uzanır. Aşağıda, yetersiz saflıkların inaccurate results, başarısız uyumluluk testleri veya hatta yeniden tasarım döngülerine yol açabileceği birkaç alan vardır.

Kablosuz İletişim Sistemi Karakterizasyon

Modern kablosuz standartlar - LTE, 5G NR, Wi-Fi 6E, Bluetooth - sıkı emisyon maskeleri ve bitişik kanal sızıntı oranı (ACLR) gereksinimleri. Test sinyali jeneratörünün kendisi aşırı uçabilir veya uzun süre DUT, aslında doğru bir şekilde performans gösterdiğinde, yüksek gürültünün gerçek hata vektörü (EVM) test altında maskeleri maskeler ve yüksek seslenişe sahip bir jeneratörün gerçek hata gücü yüksek çözünürlükte (EVM) kontrol eder.

  • Doğru EVM ölçümleri, beklenen DUT performansından en az 10 dB daha iyi olan bir jeneratör gerektirir.
  • Adjacent-kant testleri jeneratörden gelen hataların ölçüm kanalıyla örtüşmediğini talep ediyor.
  • Alıcı testleri DUT'un bir müdahaleleyiciden istenen bir sinyal ayırt edebileceğini doğrulamak için yüksek hacimli taşıyıcılar kullanır - jeneratörün kendisi sıkıcı tonlar üretirse çok daha zor bir iş.

Radar ve Havacılık / Uzay /

Radar sistemlerinde, saflık doğrudan algılama aralığı ve yanlış alarm oranını etkiler. Faz gürültü, güçlü bir klişe varlığında yavaş yavaş hareket hedeflerini tespit etme yeteneği kısıtlar çünkü büyük bir sabit yankının gürültü yanları, hareket eden veya müdahale bağışıklıklarının kritik olduğu yerlerdeki küçük Doppler değişimi maskeleyebilir.

Tıbbi ve Bilimsel Alet

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), nükleer manyetik rezonans (NMR), ve atom saat uygulamaları, referans sinyalinin tüm sistemin çözümünü ve istikrarını belirler. Kötü faz gürültülerini içeren bir sinyal jeneratörü, ölçüm oranını yükseltebilir. Benzer şekilde, parçacık hızlandırıcıları ve bilimsel araştırmalarda, temiz sürekli dalga sinyalleri, kirişlerin kirişlerinin çözünürlüğünü ve stabilitesini belirler; herhangi bir şaşırtıcı faz değiştiricisi zayıf faz değiştiricisi ile kirişleri genişletilebilir.

Yarı iletken ve zim testi

Yüksek hızlı ADC, DACs ve RFICs, ADC'nin gerçek performansın ölçülmesine göre çok daha üstün bir saflık olması gerektiği konusunda test edilir. Örneğin, 16-bit ADC'yi ölçtüğünde, test sinyalinin toplam harmonik bozulması ve gürültü zemini, ADC'nin gerçek performansın birden fazla filtreleme aşamasına eğilimli olduğundan emin olmak için - 100 dB'nin doğru performansın yakalanmasına neden olur.

Etkileyen Faktörler Spectral Saf

sinyal jeneratörlerinin tasarımcıları, birçok yeraltı kirliliği kaynağını dikkatle yönetmeli. Bu faktörleri anlamak, kullanıcıların ekipman seçerken ve testleri yapılandırırken bilgilendirilmiş seçimler yapmasına yardımcı olur.

Oscillator Mimarisi: PLL vs. DDS vs. YIG

Herhangi bir jeneratörün kalbi frekansı kaynağıdır. Her biri farklı ⁇ saf özelliklerine sahiptir:

  • [FONT:0)Phase-locked loop (PLL) sentezleyiciler[[DÜT:1) - bir gerilim kontrollü oscillator (VCO) sabit bir referans için kullanılır. PLLs, taşıyıcıya yakın mükemmel bir faz gürültülerini sağlayabilir, ancak faz dedektörlerinin çalışma frekansının birdenleri nedeniyle ortaya çıkabilir. Fractional-N PLLscillator (VCO) iyi frekans adımları için kullanılır, sub-harmonik filtre tasarımını gerektirir.
  • [DDS) [DDS) [DNT) [DNT] [DDS] [DNT=0))) Doğru dijital sentezler ve DAC'leri doğrudan dalgaformları üretmek için sayısal olarak kontrol edilen bir DAC kullanır. DDS hızlı geçiş ve iyi frekans çözünürlüğü sağlar, ancak DAC’nin ölçüm gürültüsü, saat beslemesi ve filtreyi zorlaştırır.
  • [FONT:0)Ytrium demir garnet (YIG) osilatörler[Döneticiler) - manyetik olarak ayarlanan resonant alanı kullanarak yüksek frekanslarda çok düşük faz gürültülerini sunar. YIGs, yüksek uç mikrodalga jeneratörleri ile geniş ayar aralığında ortaktır, çünkü dezavantajları daha büyük ölçüde daha yüksek güç tüketimi ve daha yavaş ayarlı bir hız sağlar.

Birçok yüksek performanslı sinyal jeneratörleri bir hibrit yaklaşım kullanıyor: YIG oscillator, geniş ayar, düşük faz gürültülerini ve frekans doğruluğunu birleştirmek için bir PLL aracılığıyla daha düşük frekanslı referansa kilitlenir.

Referans Oscillator Quality

Her sentezleyici bir referans osilatöre bağlıdır - genellikle bir yarı iletken kristal (OCXO veya TCXO) veya bu referansın faz gürültü ve uzun vadeli stabilitesi doğrudan jeneratörün genel aşaması için alt sınırı ayarlayabilir. kritik uygulamalar için, ultra-düşüksüz bir kaynaktan bir referans temin edilebilir.

Güç Supply and Layoutout

Güç rayları yoluyla enjekte edilen gürültü, birkaç megahertz'a ortak bir kaynaktır ve harmoniklere, dikkatli bir şekilde bu kirliliği azaltmadan anahtarlama yapan jeneratörler genellikle geçiş frekansına (tipik olarak 100 kHz ile birkaç megahertz) ve harmoniklere sahiptir. Linear post-regulatörler, dikkatli bir şekilde izole edilmiş PCB düzeni bu kirliliği azaltır.In addition, dijital devre - kontrol işlemciler, FPGAs, ve hafıza - çiftleri yüksek frekanslı gürültüyü dikkatlice üretirler.

Çıktılama Linearity ve Filtreleme

Gerekli çıktı seviyesine sinyal getiren son yükselteç, otomatik olarak homojenliği korumak için yüksek doğrusallığa sahip olmalıdır. Ancak, bu filtreler sonlu bir stopbandı ölçeklendirmeye sahiptir; yüksek performanslı bir jeneratör kullanımı ile birlikte genellikle harmonik bozulmayı arttırır.

Çevre Faktörleri

Sıcaklık değişiklikleri, vibrasyon ve elektromanyetik müdahale tüm ⁇ saflığı etkiler. Oscillators sıcaklıkla sürüklenir, faz gürültü pedestal. Mekanik titreşim düşük dengeleme frekanslarında frekansları ısıtabilir.Uzgun jeneratörler için, bu etkiler genellikle küçük, ancak taşınabilir veya alan destekli test ekipmanları için, sağlamlaştırılmış oscillator dağları ve sıcaklık tazminatı önemli hale gelir.

Spectral bir boyut nasıl ölçüldü

Quanting ⁇ saflığı, veri tablolarında ve özelliklerde kullanılan temel ölçüm sistemi bir spektrum analizörü veya özel bir faz gürültü ölçüm sistemi gerektirir:

Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)

SFDR, temel sinyalin amplitüdünün amplitüdülleri ile en büyük teşekküllü bileşeninin (birkaç tane dahil olmadıkça) belirli bir taşıyıcı frekansının farkını olarak tanımlanır. 80 dBc, jeneratörün çok az sayıda tepül ile bir sinyal üretebileceğini gösterir, bunu çok toparlama testleri ve alıcı seçimi için uygun hale getirir.

Faz Gürültü

Faz gürültü, sinyali büyük dengelemelerde ultralow-noise referans kaynağı ile karşılaştırarak ölçülür. Modern aşama gürültü analizörleri (örneğin, Keysight, Rohde & Schwarz, veya Gürültü XT) büyük dengelemelerde ölçebilir. ölçüm sonuçları genellikle log-log grafiğinde frekansı dengelemek için arsalanır.

Harmonic Distortion ve Total Harmonic Distortion (THD)

Harmonic dezenfeksiyon, RMS'nin belirli bir harmonik (genellikle 2. ve 3.) temele uygun olması, dBc. THDs'in tüm harmoniklerin gücüdür. Örneğin, işletim frekansı aralığında harmonik performans genellikle belirtilebilir. Örneğin, bir jeneratör 10 MHz ve < dBc aşağıda 10 MHz ve < dBc'yi garanti edebilir.

Gürültü Kat ve Residual Gürültü

Sıfır çıktıda sinyal jeneratörünün gürültü zemini genellikle belirtilen bir bant genişliğinden (örneğin 20 kHz) ve taşıyıcının ses testine göre daha basit bir şekilde kaynaklanmış olan bir başka ölçümdür.Instrütürel FM (frerrier off) taşıyıcıya göre, 20 Hz to 20 kHz.

Dışsal ve Diğer Performans Parametreleri Arasında Ticaret-Offs Between Spectral Length and Other Performance Parametres

Bir sinyal jeneratörü seçmek, frekans aralığı, çıkış gücü, geçiş hızı ve maliyet gibi diğer önemli niteliklere karşı saflık dengelemek zorundadır.

  • [FONT:0)Wide frekansı aralığı vs. saflık: Birçok octaves (e.g., 100 kHz to 40 GHz) genellikle birden çok osilatör ve frekans multiplikasyon arasında geçiş yapmak, bu daha dar bantlı bir kaynaktan daha yüksek faz gürültüsünü sağlar.
  • [FONT:0) Hızlı frekans geçiş vs. düşük faz gürültüsü: PLL tabanlı sentezleyiciler hızla genellikle daha geniş bir döngü bant genişliği kullanır, bu da daha fazla referans faz gürültü ve VCO gürültüyü alır.For applications requireing both fast switch and high saf, tasarımcılar dijital predistortion veya multiple PLLs with geçiş döngü filtreleri gibi teknikleri kullanır.
  • [FONT:0) Yüksek çıktı gücü vs. düşük harmonikler: +20 dBm veya geniş frekans aralığında daha fazla, çıktı yükselteç yükselticisi, harmonik içerik temel, dış filtreleme veya daha düşük çıkış gücü ayarları gereklidir.
  • [FONT:0)Arbitrary dalgaform nesli vs. ⁇ saflığı: [DFLT:1] Arbitrary dalgaform jeneratörleri (kökler) karmaşık modlu sinyalleri üretebilir, ancak SFDR ve faz gürültüleri DAC'nin sonlu kararı ve örnekleme saat jitter nedeniyle genellikle daha kötü.

Spectral bir yarılık üzerine kurulu bir sinyal jeneratörü seçin

Belirli bir test için bir jeneratörü değerlendirdiğinde aşağıdaki soruları sorun:

  1. Uygulama için gerekli SFDR nedir? Alıcı intermodülasyon testi genellikle ihtiyaçlar >75 dBc; temel laboratuvar tezgah çalışması 60 dBc ile iyi olabilir.
  2. Faz gürültü için kritik denge frekansı nedir? Radar Doppler testleri 1 MHz'in altındaki düşük faz gürültülerini talep ediyor; Wi-Fi EVM ölçümleri 10 kHz'de 100 kHz'ye karşı hassastır.
  3. harmonik kabul edilebilir mi yoksa filtrelenmiş olmalı mı? yüksek çözünürlük ADC testi, harmonik seviyeler aşağıda -90 dBc genellikle gerekli, bu da dış filtreleme olmadan en iyi jeneratörleri aşıyor.
  4. Jeneratör bir benign laboratuvar ortamında işletilecek veya sıcaklık aşırı ve titreşime maruz kalacak mı? Alan kullanımı için, sıcaklık değiştiricileri ve sağlam mekanik tasarıma bak.

Lider üreticiler, 0:0)Keysight[[Dönetici:2)Rohde & Schwarz)[Döneticileri[Döneticileri için);Bruel[FLT: 7)[Döneticileri için ayrıntılı olarak kullanılan veriler, kullanım alanlarının üzerinde önemli ölçüde değişebilir.

İletişim sistemleri daha yüksek frekanslara ve daha geniş bantlara taşınırken, daha düşük faz gürültüsü ve şaşırtıcı emisyonlar için talep büyümeye devam ediyor. Birkaç gelişme bir sonraki sinyal jeneratörlerini şekillendiriyor:

  • [FONT:0]Syn Aperture radar ve kuantum teknolojileri) aşağıdaki faz gürültülerini gerektirir -160 dBc/Hz 10 kHz, osilatörleri ve optik frekans söndürücülerine doğru tasarlar.
  • [FONT:0) Dijital predistortion ve feed forward düzeltmesi[Dönetici:0) Adaptif ve intermodülasyon ürünlerini iptal etmek için sinyal jeneratörleri uygulanır, SFDR'yi çıktı gücü olmadan geliştirir.
  • [FONTD:0]Dual-loop PLLs ve senkronizasyonlu multichannel mimarileri), VCO'dan referans nesillerini ayırarak ve faz-array testleri için birden çok jeneratörler ayırarak daha temiz sinyalleri etkinleştirin.
  • [FONT:0]On-çim öz-kalibrasyon[[DDS ve PLL IC’lerde otomatik olarak iptal, manuel ayarlamayı azaltma ve üretim test ortamlarındaki yenidenrodite edilebilirliği artırmasına izin verir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Spectral saflık tek bir izole parametre değil, 5G elleri tasarlarken, sinyal kalitesini kolektif olarak belirler. Doğru test ve güvenilir sistem performansı için, mühendisler bu bileşenleri anlamalı, test ekipmanının kusur ve diğer jeneratör yeteneklerinin ne olduğunu anlamalıdır. 5G eller tasarlamayı, bir radar modülüne karar verin veya uzun vadeli bir güvenilirlik testi çalıştırın, yeterli saflık ile bir sinyal jeneratörü seçmelerini sağlar.