O R&S®FSWP é compatível com osciladores locais externos

Sua tarefa

Analisadores modernos de ruído de fase com fontes internas e correlação cruzada, como o R&S®FSWP, podem medir praticamente qualquer fonte de sinal em poucos segundos — como um oscilador de cristal controlado por forno (OCXO), um sintetizador ou um oscilador controlado por tensão (VCO). No entanto, as fontes internas precisam cobrir a faixa de frequência de 1 MHz a 56 GHz e não conseguem competir com fontes de última geração que operam em uma frequência fixa, como os OCXOs, os osciladores com ressonador dielétrico (DRO) e os osciladores de cavidade com safira (SLCO). Essas fontes têm apenas uma faixa de sintonia reduzida e um desempenho excepcional em termos de ruído de fase. No caso do SLCOX0573 da Marki Microwave, é necessário medir uma sensibilidade ao ruído de fase de –157 dBc (1 Hz) com desvio de 10 kHz na frequência de 8 GHz.

Isso pode ser feito com o R&S®FSWP50 com o simples toque de um botão. No entanto, são necessárias mais de 10 milhões de médias com desvio (offset) de 10 kHz ou aproximadamente 1.000 médias com desvio de 10 Hz para medir com precisão o desempenho em termos de ruído de fase desses osciladores. Um grande número de médias funciona, mas leva tempo para se chegar ao resultado final. Se os desenvolvedores de fontes de última geração quiserem otimizar seu design, precisam obter os resultados mais rapidamente, em poucos segundos.

Aplicação

Utilização de osciladores locais (LO) com qualidade igual ou semelhante à do dispositivo em teste para reduzir o número de correlações cruzadas e obter os resultados mais rapidamente.

A solução da Rohde & Schwarz

Com o R&S®FSWP, é possível utilizar fontes externas para medir dispositivos de ponta. A Figura 1 mostra a configuração na qual dois SLCOs são utilizados como osciladores locais conectados às entradas auxiliares do oscilador local, CH 1 IN e CH 2 IN. O terceiro SLCO nesta configuração é o dispositivo em teste, que está conectado à entrada de RF do R&S®FSWP. No caminho do oscilador local, é possível adicionar até mesmo dois amplificadores, pois o ruído aditivo entre eles será suprimido pela correlação cruzada. Nessa configuração, as fontes do oscilador local precisam operar na mesma frequência que o dispositivo em teste. O R&S®FSWP configura um PLL para sincronizar os SLCOs externos com o dispositivo em teste. Na parte traseira do R&S®FSWP, há saídas de sintonia disponíveis para sincronizar os SLCOs. Elas apresentam uma faixa de tensão de sintonia de 0 V a 8 V e uma inclinação de sintonia negativa de cerca de 2 kHz/V. A tensão de sintonia V_Tune do dispositivo em teste está permanentemente definida em 4 V.

A figura 2 mostra a configuração do menu de tensão de sintonia. Ambas as saídas de sintonia estão configuradas como «tuned» (sintonizadas), e a sensibilidade e a faixa de sintonia foram definidas de acordo com isso. Nesse caso, a largura de banda do laço é definida como 50 Hz. A filtragem, em grande parte externa, das entradas de sintonia dos osciladores pode resultar em uma largura de banda do laço menor do que a indicada aqui. O desvio de frequência e a tensão de sintonia das fontes estão listados na parte inferior.

Desde que as tensões não estejam no valor mínimo ou máximo, os osciladores ficam sincronizados com o dispositivo em teste e a medição pode ser iniciada. A figura 3 mostra o resultado. É necessária apenas uma média com desvio de 10 Hz, o que resulta em 1.000 médias com desvio de 10 kHz para medir –157 dBc (1 Hz) a 8 GHz. A área cinza, que mostra o ganho de correlação cruzada, está claramente abaixo do traço, indicando que o dispositivo foi medido corretamente, sem limitações por parte do equipamento de medição e teste.

A figura 4 mostra a mesma medição realizada com as fontes internas. O R&S®FSWP exibe os mesmos valores, mas são necessárias 100 vezes mais correlações cruzadas para que a área cinza fique claramente abaixo do traço, a fim de garantir que o dispositivo seja medido corretamente e para obter um traço mais suave e confiável.

Resumo

Com o apoio de fontes externas, como osciladores locais, o R&S®FSWP é capaz de medir até mesmo fontes de última geração em poucos segundos, o que foi comprovado no caso de osciladores fotônicos com desvio (offset) fixo [2]. Agora, as portas de sintonia permitem sincronizar os osciladores locais (LOs) com o dispositivo em teste (DUT), o que possibilita uma faixa de desvio mais ampla. Nesse modo, o chamado método de dois DUTs também funciona, no qual o sinal do segundo dispositivo é dividido e enviado para ambas as entradas do LO. No final, é preciso subtrair 3 dB do resultado, pois o ruído de fase do LO não é suprimido pela correlação cruzada.

Referências

[1] G. Feldhaus and A. Roth, «A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation», publicado no «Frequency and Time Forum» (EFTF), York, Reino Unido, abril de 2016.

[2] «Cross-spectrum Phase Noise Measurements of 10-15-level Stability Photonic Microwave Oscillators», M. Giunta, B. Rauf, S. Pucher, S. Afrem, W. Wendler, A. Roth, J. Kornprobst, S. Peschl, J. Schulz, J. Schorer, M. Fischer, R. Holzwarth, IEEE MTT-S Simpósio Internacional de Micro-ondas (IMS) 2025, Th2D-4.