Giriş: Neden Faz Gürültü İşaret Nesillerinde Önemlidir

Modern elektronik ve telekomünikasyonda, sinyal jeneratörleri doğru test ve güvenilir sistem performansının yatakrocku olarak hizmet eder.Bir radar sistemi tasarlarken, bir RF amplifikatörü karakterize etmek veya bir iletişim bağlantısını doğrulayın, test sinyalinin kalitesini doğrudan doğrulayın.Bu makaleye göre, doğrulayıcının en ince özelliklerinden biri, teknik olarak ölçümleme aşamasını sağlar:) Doğru ölçüm yöntemlerine göre ölçümleme ve test edilebilirliği kontrol eder.

Faz Gürültüsinin Temelleri: Frekans Domain View

Zaman ve Frekans Domainleri'nde Faz Gürültü Tanımlama

Faz gürültüsü, bir sinüsoidal sinyalin fazında kısa vadeli, rastgele dalgalanmaları tanımlamak için kullanılan terimdir. Zaman alanında, bu dalgalanmalar taşıyıcı sinyali etrafında belirir.)jitter) - sıfırda, gürültü mühendislerin yarısı, her iki tarafta da yan yanardağlar oluşturacaktır.

Standart faz gürültüsü için ölçüm:0)dBc/Hz[[Dönetici: 1) taşıyıcıdan 10 kHz uzaktaki taşıyıcı gücündeki taşıyıcıya göre 120 dBc /Hz. Faz gürültünün tipik olarak 1 kHz'den 10 kHz, taşıyıcının altındaki 10 kHz'den uzaktır.

Close-In vs. Far-Out Stage Gürültü

Faz gürültü spektrumu düz değildir. Zaman alanında, taşıyıcıdan gelen dengeye dayanan bölgelere geleneksel olarak bölünmüştür. Close-in faz gürültü (birkaç kilosu ile) genellikle flicker gürültüsü tarafından yönetilir ve bu geçiş noktası genellikle 1/f gürültüye bağlıdır.

Faz Gürültü ve Jitter arasındaki ilişki

Faz gürültüsü frekans alanı parametresi olsa da, birçok dijital uygulama jitter (fotosaniye veya saniyeler) iki matematiksel olarak ilgilidir: jitter belirli bir denge frekansı aralığına kadar faz gürültülerini entegre ederek hesaplanabilir.Bu entegrasyonlar gürültü gücünü kök-mean-square (RMS) zaman sapması sağlar.Bir faz gürültü profili için, jitter, jitter, birkaç kilohertz'dan belirli bir şekilde şarj edilebilir. Bazı sinyal jeneratörü verileri tabloları her iki gürültüyü sağlar, ancak entegrasyon limitlerini doğrulamak için önemlidir.

Signal Jeneratörlerde Faz Gürültünün Kaynakları ve Türleri

Oscillator Devre Topoloji

Herhangi bir sinyal jeneratöründeki birincil faz gürültüsü kaynağı, referans osilatördür. Kristal oscillators (XO, TCXO, OCXO) özellikle taşıyıcıya yakın, özellikle de yüksek faz gürültüsüne sahiptir, çünkü onlar çok daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bir fazı birleştirir.

Aktif ve Pasif Kombi Gürültü

Amplifiers, buffers ve sinyal yolundaki bölmeler tüm ses fazına katkıda bulunur. Bipolar kavistler (BJTs) FET'lerden daha düşük 1/f gürültüye sahip olma eğilimindedir, bu yüzden yüksek uçlu RF osilatörler genellikle bazen elektrik fazlarını yanlış kullanırlar, ancak aktif cihazlardaki gürültüyü geciktirir (enerji tedariki) ve geçişleri gibi).

Çevre Faktörleri

Sıcaklık değişiklikleri, mekanik titreşim ve elektromanyetik müdahale tüm faz gürültülerini tetikleyebilir. Örneğin, bir soğutma fanına yakın yerleştirilen sinyal jeneratörü, jeneratörün rotasyonel frekansında vibrasyonel ses yan bantlarını deneyimleyebilir. Birçok yüksek performanslı jeneratörler şok parçaları kullanır ve çok fazla elektrotoksitler mekanik darbeyi azaltmak için.

Faz Gürültü Sistem Performansı ve Ölçümleri Nasıl Etkiler

İletişim Sistemlerinde Alıcı Hassasiyeti Üzerine Etkisi

Modern iletişim sistemlerinde – hücre (4G/5G), Wi-Fi veya uydu - doğrudan alıcının güçlü yanlıları tespit etme yeteneği, blokluları istenen sinyal ile karıştıran (IF) olarak adlandırılır.Bu, alıcının uçsuz bir şekilde daha fazla gürültüyü azalttığı zaman sinyalin daha güçlü bir sinyalin (SNR) ve daha sert bir şekilde azaltılmasında sinyalin daha da zorlandığı durumlarda, sinyalin sabit olması gerekir.

Ayrıca, QAM (kudrature amplitude modulation), faz gürültüleri takımyıldızlarının döndürmek için işaretlerini sağlar, hata vektör boyutunu artırmak (EVM) Yüksek aşama gürültüyü yüksek sipariş modülasyonunu elde etmek için imkansız kılar (örneğin, 256-QAM veya 1024-QAM) ve ilişkili verileri test eder.

Radar ve Doppler İşleme

Radar sistemleri özellikle yakın faz gürültüsüne karşı hassastır.In Doppler radarında, hareket eden bir hedefin frekansına, bu küçük frekans değişimi ( 1 kHz'den daha az) sabit olmayan nesnelerden geri çekilmesi gerekir.Eğer verici oscillator'un yüksek yakın uçlu gürültü aşamasına sahipse, karışık yan bantlar, parmak izlerin değiştirilmesini maskeleyebilir.

RF Bileşenler ve Sistemleri Test

Bir sinyal jeneratörü test stimulus olarak kullanırken, jeneratörün faz gürültüsü ölçüm doğruluğunun ayrılmaz bir parçası haline gelir. Örneğin, test altında bir cihazın faz gürültüünü ölçtüğünde, sinyal jeneratörünün fazını doğrulayan bir ses aşaması gürültüyü doğrulayabilir, yapay bir şekilde kontrol edilebilir.Bu nedenle adanmış faz gürültü test setleri çapraz-korelasyon tekniklerini kullanabilir.Daha genel olarak, eğer bir filtrenin sinyal bandını test ederseniz, sinyal jeneratörün aşamasını test eder.

Dijital Saat Yüksek Hızlı Veri Sistemlerinde Jitter

Orijinal makale analog RF'e odaklanmışken, faz gürültüleri dijital sistemlerde eşit derecede kritiktir. Yüksek hızlı seri bağlantıları (PCIe, USB, Ethernet, vs.) verileri örnekleyecek saat sinyallerine güvenmektedir. Jitter from the hour source reduce the zamanlama marj, neden bit gürültü ile jittersiyonel ve rastgele jitter. birçok test seti için doğrudan doğrulayıcıya doğrultulabilir bir sinyal jeneratörü (parçalı) için bir saat kaynağı olarak kullanılır.

Ölçü faz Gürültü: Teknikler ve En İyi Uygulamaları

Doğrudan Spectrum Yöntemi

Frekansları ölçmek için en basit yöntem, sadece analizörün kendi faz gürültüsü ile analiz edilir.Geçmiş gürültünün altında birçok modern sinyal jeneratörü için - 10 kHz'de gürültüyü sınırlayabilir, analiz yöntemi de sadece amplitüdün gürültü ve faz gürültüsü arasında ayrım yapamaz; spektrumel ölçümler için tüm AM+PM'ler için, AM'ler için, gürültüyü genellikle önemli durumlarda sınırlandırabilir.

Faz-Locked Loop (PLL) Yöntemi

PLL yöntemi, düşük frekanslı spektrumlu bir sinyale göre (genellikle DUT’den daha iyi faz gürültüleriyle) DUT'un sinyalini tekrarlamanın ardından, DUT'un sinyalini aynı frekansta olması gerekir.

Cross-Correlation Faz Gürültü Ölçümü

Yüksek hacimli faz gürültü ölçümü için altın standart, iki kanaldan gelen gürültünün sıfıra doğru olduğu için, DUT'un uçları ile her biri kendi karıştırıcı ve referans oscillator.The gold standard for high-accuracy stage noise ölçümü are cross-corlev in a digital operator. since the noise from two kanalları is uncorlev, it means to zero, while the DUT's stage that can get ölçüm katlar.

Pratik Analiz İpuçları

Yöntem ne olursa olsun, ortak pitfalls şunları içerir:

  • [FONT:0] Yanlış eşleştirmeler:[Dönetici: 1) Yüksek kaliteli kablolar ve attenuators, doğru bir sonlandırmayı sağlamak ve şaşırtıcı gürültüyü ekleyebilecek yansımaları en aza indirmek için.
  • [FONT=0)Power seviyesi ve saturasyon:[Dönetici: 0D:0) Bir karıştırıcı veya spektrum analizörü, harmonikler oluşturabilir ve gürültü zeminini artırabilir.Her zaman üretici-specified input aralıkları içinde çalışır.
  • [FONT:0)Ground loops:[Dönler:[Dönler:[Dönler:[Dönler:)))) ⁇ Ekleyöz isolatörler veya şampanyaları ve harmonikleri tanıtmak için dengeli bağlantılar kullanın.
  • [FONT:0]Temperyatür istikrarı: [DUT ve ölçüm ekipmanlarının stabil işletim sıcaklığına kadar ısıtmasına izin verir; termal sürüklenme düşük frekanslı faz gürültü gibi görünebilir.

Kapsamlı bir tedavi için, [[0)Keysight'ın faz gürültü notu[Dönemli bir referans olarak kalır.

Signal Jeneratörs'te Faz Gürültünü Minik İçin Stratejiler

Doğru Oscillator'ı seçin

Faz gürültüyü azaltmak için en doğrudan yol, 10 kHz'de belirtilen bir sinyal jeneratörü seçmektir ( 1 GHz taşıyıcı için). Bazı jeneratörler dış referans girişine izin verir, böylece jeneratör düzeyindeki atom veya kristal referansı kullanarak.

Güç Sağlamlığı ve Shielding

Tasarımcılar güç tedarik filtrelemesine dikkat etmelidir. Düşük performanslı düzenleyicilerin (LDOs) yüksek ripple reddedilmesi ile çok sayıda aşamayı kullanmalıdır. Gürültülü bir DC-DC dönüştürücüyü uygun koruyucu ve ferrite beads. RF çıktı port, doğrudan yük çekmeyi önlemek için iyi izole edilmelidir.

Filtreleme ve Spur Azaltımı

Bazı sinyal jeneratörleri, harmonik içeriği ve şaşırtıcı sinyalleri azaltan filtreler içerir. Aşağı strüktürler yakın-karrier gürültü kirliliğini daha az şans anlamına gelir. Filtreler, yüksek çözünürlük ve düşük çözünürlükli jeneratörü seçerek istenmeyen karıştırılabilirler, ancak PLL tabanlı jeneratörlere karşı dikkatli bir karşılaştırma gereklidir.

Kalibrasyon ve Bakım

Bir sinyal jeneratörünün faz gürültü performansı, PLL döngü parametrelerinin bozulması veya bağlantıların kirlenmesi nedeniyle zaman ayırabilir. Düzenli kalibrasyon (tipik olarak her 12-24 ay) iç osilatörün özellikleri içinde kalmasını sağlar. PLL döngü parametrelerinin belirlenmesi onarımlardan sonra gerekli olabilir. kritik ölçümler için, bilinen bir stabil kaynağı kullanarak faz gürültünün hızlı bir şekilde kontrol edilmesi sonuçları etkileyen sorunlar yakalayabilir.

Mühendisler için Pratik Bakışlar: Ticaret ve Karar Verme

Faz Gürültü vs. Diğer Performans Parametreleri

Signal jeneratörleri genellikle frekansı aralığı, geçiş hızı, çıkış gücü ve dikkat çekici performans gibi diğer özellikleri ile karşılaştırıldığında daha yüksek faz gürültüsüne sahip olmalıdır. Örneğin, 2 ila 18 GHz arasında süpürücü VCO sadece 10–11 GHz. Hızlı geçiş ([Dönemli) için (< 1 µs) typically requires a wider PLL loop bandwidth, which can increase close-in noise. In modular or benchtop generators, you can choose optimized configurations: use the ) Uygulamanızın önceliklerini seçmek için izin verir.

Datasheet Faz Gürültü Spektr

Datasheet faz gürültü özellikleri genellikle tek bir dengede verilir (örneğin, -110 dBc/Hz @ 100 kHz) ancak taşıyıcı frekansı ve test koşullarını gizlemek için “kansız” işaretleri ile aynı seslendirmek, talep edilen veriler veya taşıyıcının daha büyük bir kısmını satın almak için.Her zaman kılavuzu kontrol edin (genellikle tam eğrileri “tipik” olarak yorumlayın.

Dış Referansları Ne Zaman Kullanılır

Ölçümünüz, sinyal jeneratörünün karşılayamayacağı son derece düşük aşama gürültüsü talep ederse, dışsal bir düşük çözünürlük referansını (örneğin, bir Rubidium atom saati veya jeneratörün referans girişi olarak) 10-20 dB ile son derece düşük bir sinyal jeneratörü kullanarak göz önünde bulundurun; girişin yükünü doğru bir şekilde azaltın (örneğin, 50)

Maliyet vs. Performans

Düşük aşama gürültü sinyal jeneratörleri pahalıdır. Fiyatlar sadece 10 kHz'ye (çok temel RF testlerine uygun) bir orta sınıf jeneratörü için yeterli olup olmadığını düşünebilir. yatırım yapmadan önce, en kritik testinizin faz gürültü gereksinimlerine ihtiyacınız varsa - testiniz sadece 10 kHz (çok temel RF testlerinde 100 dBc/Hz) her zaman jeneratörün limitli bir jeneratörün ölçütlü olması gerekir.

Sonuç: Güvenilir ölçümler için Faz Gürültüünün Kontrolü

Faz gürültü, gürültünün en dikkatli şekilde tasarlanmış test kurulumunun doğruluğunu sessizce zayıflatabilecek temel bir özelliktir. kökenlerini anlamak için - test ekipmanlarını seçerken gereksinimlerinizi önceliklendirmenize ve bileşenli gürültüyü - doğrudan spektrum analiz veya çapraz-korelasyon kullanarak, sinyalin nasıl etkilendiğini ve test etme yeteneğinizi fark etmenize yardımcı olun.Proper ölçüm teknikleri, jeneratörünüzdeki özelliklerinizi doğrulayın.Proper ölçüm teknikleri, doğrudan spektrum analiz veya çapraz-korelasyon kullanarak, ses aşamasının objektif olarak nasıl etkilediğini ve doğrulayın.

Faz gürültülerini en aza indirmek için adımlar da kurulmuştur: Düşük bir içsel osilatör ile bir jeneratör seçin, temiz güç ve iyi kalkanlama sağlar, doğru ölçüm uygulamaları kullanın ve düzenli kalibrasyonunuzu kullanın. Ancak belki de en önemli harcamalar kendi sağında test parametresi olarak tedavi etmektir - sadece güç çıktısını kontrol ettiğinizde, frekans tutar.[Dönetici).