Як використовувати режим аналізу фазового шуму в аналізаторах спектру SIGLENT SSA5000A
Стабільне джерело частоти є поширеною потребою для багатьох електронних пристроїв та більшості радіочастотного обладнання. Для характеристики короткочасної частотної стабільності таких джерел частоти може бути використаний фазовий шум. У цій статті ми коротко опишемо, як використовувати функцію аналізу фазового шуму в аналізаторах спектру SIGLENT серії SSA5000A.
Зміст
- Типові методи вимірювання фазового шуму
- Функція аналізу фазового шуму
- Переваги функції аналізу фазового шуму аналізаторів спектру SIGLENT серії SSA5000A
Типові методи вимірювання фазового шуму
Використання режиму аналізу спектру аналізатора є найбільш типовим, прямим та широко використовуваним методом вимірювання фазового шуму, як показано на малюнку 2-1.
Спершу виміряйте потужність опорної частоти (Pc) в дБм.
Далі в режимі дельта-маркера встановлюємо маркер на певну частоту, зміщену відносно опорної, тобто на точку в бічній смузі фазового шуму. Після цього вимірюємо потужність шуму (Pn) в смузі 1 Гц на цьому зсуві. Якщо при цьому встановити роздільну здатність за смугою пропускання (RBW) аналізатора спектру на 1 Гц, то сканування займе занадто багато часу. Для нормалізації шуму, виміряного фільтром RBW, до смуги пропускання 1 Гц можна використовувати функцію шумового маркера. Після нормалізації потужність шуму зменшиться на NdB, де N=10*лог (RBW/Гц). У більшості випадків вимірювання фазового шуму вимагає повторення процесу при різних зсувах відносно опорної частоти.
Малюнок 2-1. Типові методи вимірювання фазового шуму
Функція аналізу фазового шуму
Повторні вимірювання з різними частотними зсувами відносно опорної частоти часто бувають занадто обтяжливими у практичному застосуванні. На аналізаторах спектру SIGLENT серії SSA5000A передбачено автоматизований метод такого вимірювання.
Після увімкнення натисніть Spectrum Analyzer (Аналізатор спектру) у верхньому лівому кутку дисплея, щоб увійти на сторінку віконного диспетчера. Натисніть Phase Noise (Фазовий шум) > Log Plot (Логарифмічний графік), щоб додати вікно для аналізу фазового шуму. Після цього аналізатор спектру працюватиме в режимі вимірювання фазового шуму.
Операційний інтерфейс аналізу фазового шуму подібний до інтерфейсу спектрального аналізу, як показано нижче:
| Mode (Режим)/Measure (Вимірювання) | Вкажіть поточний робочий режим та функцію вимірювання аналізатора і натисніть для перемикання, наприклад, режим аналізу спектру, режим вимірювання спектру в реальному часі тощо |
| Instrument Configuration (Конфігурація приладу) | Вкажіть основні робочі стани трасування, інтерфейсу, розгортки, тригера тощо |
| Measurement Result (Результат вимірювання) | Відображайте результати вимірювання сигналу аналізатором у різних формах, таких як форма сигналу, спектральна лінія, курсор, таблиця, статистика, діаграма сигнального сузір'я тощо |
| Sweep Parameter (Параметр розгортки) | Вказуйте та контролюйте основні параметри розгортки, такі як частота, роздільна здатність, час сканування тощо |
| Menu (Меню) | Завершіть налаштування параметрів аналізатора |
Малюнок 3‑1. Операційний інтерфейс функції аналізу фазового шуму
Налаштування частоти
- Carrier Frequency (Опорна частота): Встановіть опорну частоту.
- Auto-tune (Автоналаштування): Аналізатор спектру автоматично виявляє та встановлює опорну частоту, а також встановлює зсуви сигналу.
- Start Offset (Початковий зсув): Мінімальний зсув відносно опорної частоти.
- Stop Offset (Кінцевий зсув): Максимальний зсув відносно опорної частоти.
Після завершення налаштування аналізатор спектру автоматизує процес вимірювання та повторює вимірювання у визначеному діапазоні частотного зсуву.
Малюнок 3‑2. Налаштування частоти
Налаштування відстеження сигналу
-
Span (Діапазон): Оскільки джерело вхідного сигналу не завжди стабільне, воно матиме відхилення частоти, яке призведе до спотворення результатів тестування. Ця функція відстежує відхилення частоти у визначеному діапазоні для мінімізації впливу відхилення частоти.
Еталонні результати тестування
Односмуговий фазовий шум, виміряний у визначеному діапазоні частотного зсуву, показаний на малюнку 3-2.
На малюнку діапазон зміщення становить від 100 Гц до 1 МГц. Для горизонтальної осі використовується логарифмічна шкала, оскільки таким чином можна отримати як ширший частотний діапазон, так і тоншу роздільну здатність в умовах близькості до опорної частоти. Менші зсуви, як правило, відображають якість сигналу краще, ніж фазовий шум при більших частотних зсувах.
Малюнок 3‑3. Результати тестування
На малюнку 3-2 траса 1 – це вихідні дані, а траса 2 – це згладжений односмуговий фазовий шум.
Переваги функції аналізу фазового шуму аналізаторів спектру SIGLENT серії SSA5000A
Нижчий середній відображуваний рівень шуму
При використанні аналізатора спектру для вимірювання фазового шуму, фазовий шум розраховується на основі потужності опорної частоти та потужності шуму при різних зсувах опорної частоти. Вимірювана потужність шуму, як правило, невелика, і для того, щоб фазовий шум не покривався середнім відображуваним рівнем шуму самого аналізатора спектру (DANL), середній відображуваний рівень шуму аналізатора спектру повинен бути надзвичайно низьким.
Середній відображуваний рівень шуму аналізаторів спектру серії SSA5000A нижчий за -165 дБм/Гц. Користувачі можуть оцінити відповідність амплітуди вхідного сигналу і правильність вимірювання на основі DANL та фазового шуму аналізатора спектру.
Вужча роздільна здатність за смугою пропускання
Характеристики аналізаторів спектру надзвичайно важливі при вимірюванні фазового шуму з дуже малими зсувами опорної частоти. Надзвичайно вузька роздільна здатність за смугою пропускання необхідна для того, щоб уникнути вимірювання потужності опорної частоти та потужності шуму в RBW фільтрі.
Аналізатори спектру SSA5000A мають мінімальну роздільну здатність за смугою пропускання 1 Гц, водночас мінімальний фазовий зсув у функції вимірювання фазового шуму також підтримує налаштування на 1 Гц.
Нижчий рівень фазового шуму
Фазовий шум аналізаторів спектру також може впливати на результати тестування. Аналізатори спектру зазвичай мають кілька локальних автогенераторів (LO). Під час тестування автогенератори аналізатора спектру мають власний фазовий шум, який додається до фазового шуму вимірюваного сигналу при проходженні через різні етапи в аналізаторі.
Відповідно, при використанні аналізатора спектру для вимірювання фазового шуму необхідно відрізняти фазовий шум у вихідному сигналі від фазового шуму, доданого приладом. Найпростіший спосіб для цього – забезпечити, щоб характеристики фазового шуму аналізатора спектру були набагато кращими за характеристики випробуваного пристрою (DUT). Аналізатори спектру SIGLENT серії SSA5000A мають фазовий шум нижче -105 дБс/Гц при 1 ГГц та при зміщенні 10 кГц, що відповідає значній кількості вимог до вимірювань.
