信号源基础

CW 信号质量评估



相位噪声 寄生FM 杂波抑制
…频谱纯度
CW output
幅度
harmonic spur
phase noise
sub-harmonics
non-harmonic spur
~30dBc
~65dBc
频率
0.5f0
2f0
f0
2014年12月14 日
相位噪声的来源
理想CW 信号
V(t) = A osin 2 f ot
自动电平控制(ALC)
–保证输出功率稳定
ALC Modulator from synthesizer section
Output Attenuator

输出衰减器
–机械或电子实现 –扩展输出功率范围 ALC Driver
source output
ALC Detector
ALC = automatic level control
fU = 2f2 - f1
frequency
2014年12月14 日
信号源应用于接收机测试
带内工作信号(调制
)
-测试接收机灵敏度
IF signal
带外信号 (调制,单音,多音)
-测试接收机抗干扰性
source output
DUT
IF Rejection Curve
带内信号幅度精度
reference oscillator
20logN
PLL act as
LPF for reference HPF for VCO
环路带宽
Reference; phase detector noise
broadband noise floor
frequency
2014年12月14 日
VCO noise
Phase Jitter =
S(f)
A 360 2 B
= [dB]
Phase Jitter =
S(f)
A
2014年12月14 日
相位噪声和寄生调频(Residual FM) 的关系
S()
rad Hz
2
Residual FM = Total rms frequency deviation within a specified bandwidth
B
A
B
Residual FM =
A
f S(f)df =
2
B
S(f)df
A
[Hz]
2014年12月14 日
信号源组成框图
频率合成部分
Frac/N
–频率范围 –频率分辨率 –频率转换时间 –频谱纯度
功率控制部分
ALC Modulator Output Attenuator
Phase Detector VCO ALC Driver
5 dBc/div
2014年12月14 日
相位噪声和相位抖动的关系
S()
rad Hz
2
Phase Jitter =
A
B
Total rms phase deviation within a specified bandwidth
B [rad] Relative to 1 radrms [degrees]
Uncertainty
Example Accuracy =
+ _ f CW * aging * cal CW frequency = 1 GHz aging rate = 0.1ppm/year time since last calibrated = 1 year + _ Accuracy = 100 Hz
真实CW 信号
V (t) = [A o+ E(t)] sin [2 f o t + (t)]
(t)
2014年12月14 日
相位噪声指标的定义
CW output measured as
VNrms fm
dBc/Hz
frequency
TRACE A: Ch1 PM PSD 10 000 Hz

调制信号
– Adds modulation – produces "real world" signal
2014年12月14 日
Section 1:
CW 信号合成技术
2014年12月14 日
连续波信号合成
Voltage
Time
Voltage
Oscilloscope
时域测量
Spectrum Analyzer
ALC Driver
Phase Detector VCO
Synthesizer Section
ALC Detector
Output Section
2014年12月14 日
频率合成技术
…直接数字合成(DDS)
Phase information
Direct Digital Synthesizer
waveform
Agilent Technologies Training
信号源基础培训
安捷伦科技有限公司 电子仪器与系统集团 技术支援中心
2014年12月14 日
信号源合成信号

连续波信号(CW)
扫描信号
– Generates a single frequency, fixed sine wave

– Sweeps over a range of frequencies or power
ALC = automatic level control
divide by X Reference Oscillator
参考源
–频率稳定度 –频率精度
ALC Detector
–功率范围 –幅度精度 –功率转换时间 –反向功率保护 日
2014年12月14
频率合成技术总结
Frequency synthesis tech C rystal oscillator Strong points W eak points application
Where
A o = nominal amplitude f o = nominal frequency
Where E(t) = random amplitude fluctuations (t) = random phase fluctuations E(t)
V (t) V (t) 4 2 4 4 2 4
VSignal rms fo
75 dBc/Hz A Marker
LogMag
-80dBc/Hz @10Hz offset -90dBc/Hz @ 100Hz offset -105 dBc/Hz -105dBc/Hz @1KHz offset -120dBc/Hz @10kHz offset
-125 dBc/Hz 1k 10k 100k
Magnitude information
N bit Phase accumulato r
output
ROM
DAC
LPF
Clock signal f (t ) A cos(2ft 0 ) A cos( (t ))
amp
phase
t
t
t
2014年12月14 日
t
信号源的功率控制

2014年12月14 日
连续波信号指标 …频率指标



频率范围: Range of frequencies covered by the source . 频率分辨率: Smallest frequency increment. 频率精度: How accurately can the source frequency be set. 频率变化速度: How fast the frequency change
5MHz
VC O
V control
2014年12月14 日
锁相环相位噪声指标
PLL / Fractional - N ...suppresses phase noise phase noise of source
高频率分辨率 小鉴相频率 大N 相噪恶化
phase-locked-loop (PLL) bandwidth selected for optimum noise performance
2014年12月14 日
Frequency

f CW = aging = cal =
Voltage
连续波信号指标
…幅度指标


功率范围 幅度精度 幅度分辨率 开关速度 反向功率保护
(-135dBm to +15dBm) (+/- 0.6dB) (0.01dB) (25ms) 0.5W
频域测量
Frequency
This is the ideal output: most specs deal with deviations from the ideal and adding modulation to a sine wave
RF 3-6 GHz Microwave 20-30 GHz Millimeter 300 GHz
Aging Rate Temperature (0-55deg C) Line Voltage Standard <1ppm/yr. <1ppm, typical <0.1ppm(+5%,-10%), typical High Stability (1E5) <0.1ppm/yr. <0.005ppm, typical <0.002ppm(+5%,-10%), typical
to synthesizer section Phase Detector divide by X
Optional External Reference Input
Reference Oscillator (TCXO or OCXO)
Aging Rate Temp. Line Voltage
TCXO +/- 2ppm/year +/- 1ppm +/- 0.5ppm
OCXO +/- 0.1 ppm /year +/- 0.01 ppm +/- 0.001 ppm
2014年12月14 日
频率合成技术
…间接频率合成(锁相环)
f1 f ref f 2
f out N
...produces accurate, clean signals f out N f ref
N = 100
resolution f ref
N
5MHz
Front panel control
Βιβλιοθήκη Baiduf2
Phase Detector
500 MHz X
multiplier
1000 MHz
2
to output section
f1
from reference section
Loop filter
fout
多环/小数分频技术
Reference Section
Frac N
解决频率分辨率与相位噪声指标间矛盾
Phase Det VCO
ALC Modulator
Output Attenuator
by X Ref Osc
Sampler
YIG Oscillator
Phase Detector
Frac-N
Tuning Coils
信号源作为系统本振
DUT
IF signal transmitter output
本振相位噪声会影响相邻通道信号 本振频率精度决定 发射机频率精度
2014年12月14 日
信号源应用于放大器三阶交调测试
f1 DUT
output RF
f2
isolator
f1
f2
被测件交调失真成份 信号源输出杂波
fL = 2f1 - f2
Source protected from accidental transmission from DUT What is P DUT Voltage out? max
How accurate is this number?
What is P out? min Frequency
2014年12月14 日
High stability
Fixed frequency
reference
PLL High frequency (phase lock loop) Middle resolution DDS High frequency (direct resolution digital synthesizer)
C om prom ise LO between Phase noise perform ance and resolution Low frequency C om plex wave Spurious synthesis perform ance
2014年12月14 日
频率合成技术
……. 直接振荡(晶体振荡)
2014年12月14 日
信号源典型应用

系统本振
– phase noise
– frequency accuracy

器件(放大器)失真测试
– spurious
– TOI (for system)

接收机测试
– Spurious
spurious level accuracy

2014年12月14 日