Messen von versorgungsspannungsinduziertem Jitter und PSNR bei jitterarmen Oszillatoren und Taktgebern

Ihre Anforderung

Moderne Hochgeschwindigkeits-Netzwerksysteme erfordern jitterarme (100 fs oder besser) Oszillatoren und Taktgeber. Die Jitter-Werte werden für solche Komponenten üblicherweise über einen Integrationsbereich von 12 kHz bis 20 MHz spezifiziert. Sie werden typischerweise unter idealen Stromschienen-Bedingungen gemessen. Auch wenn störungsfreie Stromschienen den besten Jitter-Wert ergeben, muss ein Gerät trotz allem die erforderliche Jitter-Performance in Gegenwart von Störaussendungen auf den Stromschienen im Gesamtsystem liefern. Die versorgungsspannungsinduzierte Jitter-Unterdrückung für Stromleitungsfrequenzen sowie Schaltfrequenzen in DC/DC-Wandlern und Oberwellen werden normalerweise im Bereich von 50 Hz bis zu einigen MHz gemessen. Zu Testzwecken wird eine sinusförmige Störaussendung erzeugt und der Stromschienen-Gleichspannung mit dem erforderlichen Pegel überlagert. Die resultierende Phasenrausch-Kennlinie (in dBm) relativ zum Spannungspegel der künstlichen Stromschienen-Störaussendung (in dBm) gleicht der PSNR an diesem Frequenzpunkt. Die Messung wird typischerweise an mehreren Frequenzpunkten durchgeführt, um die PSNR über den gesamten oben erwähnten Frequenzbereich zu analysieren.

Die Phasenrauschmessplätze von Rohde & Schwarz verfügen über eine einzigartige Empfindlichkeit, so dass sie die ideale Lösung für die Messung von Phasenrauschen und Jitter bei jitterarmen Geräten repräsentieren. Die Erzeugung sinusförmiger Störaussendungen und Störspannungsmessungen auf der Stromschiene können ganz einfach mithilfe eines Oszilloskops mit integriertem Funktionsgenerator und einem dedizierten Power-Rail-Tastkopf durchgeführt werden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die Messung der Jitter- und PSNR-Performance eines Oszillators oder Taktgebers erfordert Folgendes:

• Impulsbodenmessung
  Phasenrausch- und Jitter-Messungen ohne Störaussendungen auf Stromschienen kommen zum Einsatz, um die Impulsboden-Performance des Messobjekts unter idealen Bedingungen (typischer Jitter-Integrationsbereich von 12 kHz bis 20 MHz) zu bestimmen
• PSNR-Messung
  Einspeisung: Sinusförmige Störaussendungen werden an verschiedenen Frequenzpunkten eingespeist, um versorgungsspannungsinduziertes Phasenrauschen und Jitter (typischer PSNR-Messbereich von 50 Hz bis 5 MHz) zu identifizieren
  Berechnung: Die PSNR wird an jeder Einspeisefrequenz als Verhältnis von resultierender Phasenrauschaussendung (in dBm) zur an der Stromschiene angelegten Störspannung (in dBm) berechnet

Phasenrauschmessung

Der R&S®FSWP Phasenrauschmessplatz bietet branchenführende Phasenrausch- und Jitter-Empfindlichkeit. Durch Hinzufügen der Option R&S®FSWP-B60 oder R&S®FSWP-B61 wird die Empfindlichkeit durch Kreuzkorrelation weiter erhöht. Die Kreuzkorrelations-Verstärkungsanzeige stellt den Beitrag des Phasenrauschens durch das Messgerät dar und visualisiert den Abstand relativ zur gemessenen Phasenrauschkurve. Der R&S®FSWP kann entsprechend konfiguriert werden, um den Messobjekt-Jitter innerhalb eines benutzerdefinierten Integrationsbereichs zu messen. Das Beispiel zeigt den 12-kHz- bis 20-MHz-Bereich, der typisch für Timing-Komponenten in Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystemen ist. Die leistungsstarke Störemissionsanalyse im Phasenrauschmessplatz zeigt die Störaussendungen, die von den eingespeisten, sinusförmigen Stromschienen-Störungen herrühren. Mit dem Max.-Hold-Modus des Messgeräts ist es möglich, die eingespeisten Störfrequenzen über den gewünschten Frequenzbereich schrittweise zu durchlaufen. Zudem werden die resultierenden Störemissionen und deren Offset-, Pegel- und Jitter-Werte angezeigt, so dass eine komfortable Analyse der PSNR-Ergebnisse möglich wird.

Erzeugen und Messen von sinusförmigen Störaussendungen

Die Option R&S®RTO-B6 für das R&S®RTO2000 Oszilloskop bietet einen internen Waveformgenerator mit Funktionsgenerator, Modulation, Sweep und Arbiträr-Konfigurationsmodi. Im Beispiel wird ein sinusförmiges, bei 3 kHz, 10 kHz, 30  kHz, 100 kHz und 300 kHz generiertes Signal mithilfe eines Picotest J2120A Line Injector an die Stromschiene des Messobjekts angelegt. Die tatsächliche Spannung auf der Schiene wird mit dem R&S®RT-ZPR20 Power-Rail-Tastkopf gemessen. Der Ausgang des Funktionsgenerators wird entsprechend eingestellt, um die gewollte Störemission mit 10 mV eff. (–27 dBm) an jedem Frequenzpunkt der Stromschiene zu erzeugen. Der R&S®RT-ZPR20 verfügt über ein integriertes R&S®ProbeMeter, um die Gleichspannung auf der Stromschiene exakt zu messen. Dank der Offset-Kompensation des Power-Rail-Tastkopfs und seinem geringen Eigenrauschen können in Kombination mit der vollen Auflösung des R&S®RTO2000 Oszilloskops selbst kleinste Störaussendungen präzise gemessen werden.

Der optionale R&S®RTO-K17 High-Definition-Modus steigert die Auflösung auf bis zu 16 bit, wodurch die Messgenauigkeit weiter verbessert wird.

Fazit

Der R&S®FSWP und das R&S®RTO2000 bilden zusammen in Kombination mit dem optionalen R&S®RTO-B6 internen Waveformgenerator einen kompakten Messaufbau, um versorgungsspannungsinduziertes Phasenrauschen und Jitter an jitterarmen Oszillatoren und Taktgebern zu messen. Der R&S®RT-ZPR20 Power-Rail-Tastkopf und der R&S®RTO-K17 High-Definition-Modus sorgen für hochgenaue Messungen von kleinen Störaussendungen auf Stromschienen. Die PSNR-Werte lassen sich aus den Störemissionspegeln im R&S®FSWP und dem Spannungspegel der Stromschienen-Störaussendung berechnen.