Как использовать режим анализа фазового шума в анализаторах спектра SIGLENT SSA5000A
Стабильный источник частоты является распространенной потребностью для многих электронных устройств и большинства радиочастотного оборудования. Для характеристики кратковременной частотной стабильности таких источников частоты может использоваться фазовый шум. В этой статье мы кратко опишем, как использовать функцию анализа фазового шума в анализаторах спектра SIGLENT серии SSA5000A.
Содержание
- Типичные методы измерения фазового шума
- Функция анализа фазового шума
- Преимущества функции анализа фазового шума анализаторов спектра SIGLENT серии SSA5000A
Типичные методы измерения фазового шума
Использование режима анализа спектра анализатора является наиболее типичным, прямым и широко используемым методом измерения фазового шума, как показано на рисунке 2-1.
Сначала измерьте мощность несущей (Pc) в дБм.
Далее в режиме дельта-маркера устанавливаем маркер на определенную частоту, смещенную по отношению к несущей, то есть, на точку в боковой полосе фазового шума. После этого измеряем мощность шума (Pn) в полосе 1 Гц на этом смещении. Если установить разрешение по полосе пропускания (RBW) анализатора спектра на 1 Гц, то сканирование займет слишком много времени. Для нормализации шума, измеренного фильтром RBW, до полосы пропускания 1 Гц можно использовать функцию шумового маркера. После нормализации мощность шума снизится на NdB, где N=10*лог (RBW/Гц). В большинстве случаев измерение фазового шума требует повторения процесса при разных сдвигах относительно несущей.
Рисунок 2-1. Типичные методы измерения фазового шума
Функция анализа фазового шума
Повторение измерений с разными частотными сдвигами относительно несущей часто бывает слишком обременительным в практическом применении. На анализаторах спектра SIGLENT серии SSA5000A предусмотрен автоматизированный метод такого измерения.
После включения нажмите Spectrum Analyzer (Анализатор спектра) в левом верхнем углу дисплея, чтобы войти на страницу оконного диспетчера. Нажмите Phase Noise (Фазовый шум) > Log Plot (Логарифмический график), чтобы добавить окно для анализа фазового шума. После этого анализатор спектра будет работать в режиме измерения фазового шума.
Рабочий интерфейс анализа фазового шума подобен интерфейсу спектрального анализа, как показано ниже:
| Mode (Режим)/Measure (Измерение) | Укажите текущий рабочий режим и функцию измерения анализатора и нажмите для переключения, например, режим анализа спектра, режим измерения спектра в реальном времени и т.д. |
| Instrument Configuration (Конфигурация устройства) | Укажите основные рабочие состояния трассировки, интерфейса, развертки, триггера и т.д. |
| Measurement Result (Результат измерения) | Выводите на дисплей результаты измерения сигнала анализатором в различных формах, таких как форма сигнала, спектральная линия, курсор, таблица, статистика, диаграмма сигнального созвездия |
| Sweep Parameter (Параметр развертки) | Укажите и контролируйте основные параметры развертки, такие как частота, разрешение, время сканирования и т.д. |
| Menu (Меню) | Завершите настройку параметров анализатора |
Рисунок 3‑1. Рабочий интерфейс функции анализа фазового шума
Настройки частоты
- Carrier Frequency (Несущая частота): Установите несущую частоту.
- Auto-tune (Автонастройка): Анализатор спектра автоматически выявляет и устанавливает несущую, а также устанавливает сдвиг сигнала.
- Start Offset (Начальный сдвиг): Минимальный сдвиг по отношению к несущей.
- Stop Offset (Конечный сдвиг): Максимальный сдвиг по отношению к несущей.
После завершения настройки анализатор спектра автоматизирует процесс измерения и повторяет измерения в определенном диапазоне частотного сдвига.
Рисунок 3‑2. Настройки частоты
Настройка отслеживания сигнала
-
Span (Диапазон): Поскольку источник входного сигнала не всегда стабилен, он будет иметь отклонение частоты, которое приведет к искажению результатов тестирования. Эта функция отслеживает отклонение частоты в определенном диапазоне для минимизации влияния отклонения частоты.
Эталонные результаты тестирования
Однополосный фазовый шум, измеренный в определенном диапазоне частотного сдвига, показан на рисунке 3-2.
На рисунке диапазон смещения составляет от 100 до 1 МГц. Для горизонтальной оси используется логарифмическая шкала, поскольку таким образом можно получить как более широкий частотный диапазон, так и более тонкое разрешение в условиях близости к несущей. Меньшие сдвиги, как правило, отражают качество сигнала лучше, чем фазовый шум при больших частотных сдвигах.
Рисунок 3‑3. Результаты тестирования
На рисунке 3-2 трасса 1 – это исходные данные, а трасса 2 – это сглаженный однополосный фазовый шум.
Преимущества функции анализа фазового шума анализаторов спектра SIGLENT серии SSA5000A
Более низкий средний отображаемый уровень шума
При использовании анализатора спектра для измерения фазового шума фазовый шум рассчитывается на основе мощности несущей и мощности шума при различных сдвигах несущей. Измеряемая мощность шума, как правило, невелика, и для того чтобы фазовый шум не покрывался средним отображаемым уровнем шума самого анализатора спектра (DANL), средний отображаемый уровень шума анализатора спектра должен быть очень низким.
Средний отображаемый уровень шума анализаторов спектра серии SSA5000A ниже -165 дБм/Гц. Пользователи могут оценить соответствие амплитуды входного сигнала и правильность измерения на основе DANL и фазового шума анализатора спектра.
Более узкое разрешение по полосе пропускания
Характеристики анализаторов спектра чрезвычайно важны при измерении фазового шума с очень малыми смещениями несущей. Очень узкое разрешение по полосе пропускания необходимо для того, чтобы избежать измерения мощности несущей и мощности шума в RBW фильтре.
Анализаторы спектра SSA5000A имеют минимальное разрешение по полосе пропускания 1 Гц, в то же время минимальный фазовый сдвиг в функции измерения фазового шума также поддерживает настройку в 1 Гц.
Более низкий уровень фазового шума
Фазовый шум анализаторов спектра также может влиять на результаты тестирования. Анализаторы спектра обычно имеют несколько локальных автогенераторов (LO). Во время тестирования автогенераторы анализатора спектра имеют свой фазовый шум, который добавляется к фазовому шуму измеряемого сигнала при прохождении через различные этапы в анализаторе.
Соответственно, при использовании анализатора спектра для измерения фазового шума необходимо отличать фазовый шум в выходном сигнале от фазового шума, добавляемого устройством. Самый простой способ для этого – обеспечить, чтобы характеристики фазового шума анализатора спектра были гораздо лучше характеристик испытуемого устройства (DUT). Анализаторы спектра SIGLENT серии SSA5000A имеют фазовый шум ниже -105 дБс/Гц при 1 ГГц и при сдвиге 10 кГц, что отвечает значительному количеству требований к измерениям.
