Test and measurement

Verbesserung des Kanal-Kanal-Abgleichs für eine exakte, phasenkohärente Mehrkanalaufzeichnung

Dank der Mehrkanaligkeit eignen sich Oszilloskope ideal für Mehrkanalapplikationen wie die Analyse von MIMO-Signalen (z. B. 5G NR, WLAN), Mehrantennen-Radarsignalen und differenziellen Hochgeschwindigkeits-Digitalsignalen (z. B. USB 3.x). Für diese Applikationen müssen die Oszilloskopkanäle eng aufeinander abgestimmt sein. Das bedeutet, dass die verbleibende Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz exakt gemessen werden muss, um diese zu kompensieren. Die Phasen-Fehlabstimmung zwischen den Kanälen, die eine wesentliche Rolle spielt, um zuverlässige Messergebnisse zu erreichen, wird auf ein Minimum reduziert.

Abb. 1: Messaufbau
Abb. 1: Messaufbau
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Ihre Anforderung

In dieser Application Card wird gezeigt, wie man die Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz misst und diese entlang des gesamten Signalpfads zwischen Signalquelle und dem Kanaleingang des Oszilloskops kompensiert. Dabei kommt eine sehr schnelle Differenzpulsquelle zum Einsatz, die für die R&S®RTO und R&S®RTP Oszilloskope verfügbar ist (Option R&S®RTO-B7/R&S®RTP-B7 erforderlich).

Abb. 2: Einstellungen für Laufzeitmessungen
Abb. 2: Einstellungen für Laufzeitmessungen
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Lösung von Rohde & Schwarz

Mit einer Laufzeitdifferenz von < 0,5 ps zwischen den differenziellen Ausgängen stellt die Option R&S®RTO-B7/R&S®RTP-B7 eine exakte Quelle für die Laufzeitkorrektur eines mehrkanaligen Messaufbaus bereit. Um jegliche Laufzeitdifferenzen im Messaufbau zu korrigieren, schließen Sie den Kabelsatz, den Sie für die Messung benutzen, an die Ausgänge von R&S®RTO-B7 an. Speisen Sie diese in beide Oszilloskopkanäle ein und messen Sie die Laufzeitdifferenz zwischen den Kanälen. Der Messaufbau wird in Abb. 1 gezeigt.

Aufgrund der differenziellen Beschaffenheit der Signale, die von der Option R&S®RTO-B7/R&S®RTP-B7 generiert werden, müssen die Eingänge invertiert werden. Daraufhin ist es möglich, mit Hilfe der entsprechenden automatisierten Messfunktion (Abb. 2) die Laufzeit zwischen zwei ansteigenden Flanken der Eingangssignale zu messen. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Laufzeit zwischen einer ansteigenden Flanke des einen Signals und der abfallenden Flanke des anderen zu messen. In diesem Fall ist eine Invertierung überflüssig. Da es allerdings intuitiver ist, zwei Pulse mit derselben Form zu vergleichen, wird der oben zuerst erwähnte Ansatz empfohlen. Durch Aktivierung der Statistikfunktionen während der Messung können Sie den Mittelwert der Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz eruieren und diesen Wert als Offset für die Durchführung der Laufzeitkorrektur verwenden.

Abb. 3: Gemessene Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz mit Histogramm und den wichtigsten statistischen Kennzahlen
Abb. 3: Gemessene Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz mit Histogramm und den wichtigsten statistischen Kennzahlen
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Darüber hinaus ist es möglich, das Histogramm der gemessenen Laufzeit grafisch darzustellen, um die statistische Verteilung zu bestimmen. Abb. 3 zeigt das Ergebnis vor der Laufzeitkorrektur der Kanäle. Sobald man den Mittelwert der Laufzeitdifferenz bestimmt hat, kann man diesen als Versatz für die Laufzeitkorrektur in den Tastkopfeinstellungen verwenden, wie in Abb. 4 dargestellt. Abb. 5 zeigt das Ergebnis. Es ist eindeutig zu sehen, dass die Kanäle aufeinander abgestimmt sind und der Mittelwert der Laufzeitdifferenz < 1 ps ist.

Nachdem man den Abgleich durchgeführt hat, verbleibt dieser nach einem Neustart und der Aufwärmphase über einen langen Zeitraum stabil . Ursache dafür ist das ausgeklügelte Temperaturmanagement der R&S®RTO und R&S®RTP Oszilloskope. Beachten Sie bitte, dass der Abgleich nur richtig ist, wenn derselbe Kabelsatz sowohl für die Laufzeitkorrektur als auch für die Messungen verwendet wird.

Abb. 4: Einstellungen für die Laufzeitkorrektur auf Kanal 2
Abb. 4: Einstellungen für die Laufzeitkorrektur auf Kanal 2
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Anwendung

Phasenkohärente Erfassung von:

  • HF-MIMO-Signalen (z. B. 3GPP LTE/5G, IEEE 802.11ac)
  • Mehrfachantennen-Radarsignalen

Enge Abstimmung der Kanäle für:

  • Differenzielle Hochgeschwindigkeits-Digitalsignale (z. B. USB 3.x)
  • Parallele Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen (z. B. DDR4)
Abb. 5: Gemessene Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz mit Histogramm und den wichtigsten statistischen Kennzahlen nach der Laufzeitkorrektur
Abb. 5: Gemessene Kanal-Kanal-Laufzeitdifferenz mit Histogramm und den wichtigsten statistischen Kennzahlen nach der Laufzeitkorrektur
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