Medição da densidade espectral de ruído com osciloscópios

Sua tarefa

Em designs modernos de RF, de sinal misto e digitais de alta velocidade, a parte mais silenciosa de um sistema costuma, em última instância, determinar seu desempenho, seja a sensibilidade do receptor, o piso de jitter para uma rede de distribuição de clock ou a margem de compatibilidade eletromagnética (EMC) para um conversor de potência. A densidade espectral de ruído quantifica a intensidade do ruído (normalmente medida em volts) dividida pela raiz quadrada da frequência, proporcionando aos engenheiros uma visão da distribuição do ruído em função da frequência ao longo do espectro.

As unidades de medição mais comuns são:

A solução da Rohde & Schwarz

Os osciloscópios R&S®RTO6 e R&S®RTP podem realizar medições baseadas no espectro. Um canal matemático versátil fica disponível quando um osciloscópio não possui uma função de NSD dedicada. Nosso exemplo utiliza o R&S®RTO6 e o R&S®RTP. A FFT para o osciloscópio é essencial na transformação do sinal do domínio do tempo para o domínio da frequência

V(t) → V(f).

O teorema de Parseval é uma maneira rápida de verificar a integridade do sinal: a energia no domínio do tempo deve ser igual à do domínio da frequência. Aqui, o valor RMS da onda senoidal no domínio do tempo é igual à altura do pico no domínio da frequência (tecnicamente, outros intervalos de frequência contribuem, mas o ruído é mínimo neste caso).

Para prosseguir, o canal matemático da FFT será utilizado por um segundo canal matemático. V(f) (canal Math1) é dividido pela raiz quadrada da RBW 1 (largura de banda de resolução). Neste exemplo, a RBW é de 200 kHz, portanto, a fórmula matemática para M2 é mostrada na figura à direita.

Às vezes, outras unidades são mais adequadas para representar o sinal, especialmente exibições logarítmicas em:

Isso pode ser feito facilmente ajustando a fórmula para:

dBV: (20*log10(Math1)/sqrt(200e3))[dBV/√Hz]

dBµV: (20*log(Math1*1e6)/sqrt(200e3))[dBµV/√Hz]

Os resultados das diversas fórmulas são apresentados na figura à direita.

Resumo

Canais matemáticos versáteis transformam qualquer osciloscópio R&S®RTO6 e R&S®RTP em um analisador de NSD com todos os recursos, mesmo que o instrumento não possua um item de menu dedicado ao NSD. Ao normalizar a magnitude da FFT por √RBW (largura de banda de resolução), é possível obter uma métrica real da densidade de tensão. Por fim, uma única expressão matemática pode alternar entre unidades lineares ou logarítmicas (ver Fórmula 2), apresentando o resultado de acordo com as preferências do usuário.

O mecanismo matemático integrado aos osciloscópios da Rohde & Schwarz auxilia o usuário a obter resultados de NSD precisos e repetíveis, utilizando o mesmo hardware empregado em trabalhos no domínio do tempo.