El R&S®FSWP admite osciladores locales externos

Su misión

Los analizadores de ruido de fase modernos con fuentes internas y correlación cruzada, como el R&S®FSWP, pueden medir prácticamente cualquier fuente de señal, como un oscilador de cristal controlado por horno (OCXO), un sintetizador o un oscilador controlado por tensión (VCO), en cuestión de segundos. Sin embargo, las fuentes internas deben cubrir el rango de frecuencias de 1 MHz a 56 GHz, y no pueden equipararse a las fuentes de alta gama que funcionan a una frecuencia fija, como los OCXO, osciladores de resonador dieléctrico (DRO) y osciladores de cavidad cargada con zafiro (SLCO). Estas fuentes tienen un rango de sintonización muy estrecho, pero a cambio un rendimiento de ruido de fase extraordinario. En el caso del Marki Microwave SLCOX0573, se trata de medir una sensibilidad de ruido de fase de –157 dBc (1 Hz) con 10 kHz de offset a una frecuencia de 8 GHz.

Con el R&S®FSWP50, esto se consigue con solo pulsar un botón. Sin embargo, para medir el rendimiento de ruido de fase de estos osciladores con precisión se necesitan más de 10 000 000 de promediados con 10 kHz de offset, o aproximadamente 1000 promediados con 10 Hz de offset. El procesamiento de esta enorme cantidad de promediados funciona, pero tarda bastante tiempo hasta arrojar el resultado final. Cuando un desarrollador tiene que optimizar el diseño de una fuente de alta gama, necesita los resultados en pocos segundos.

Aplicación

Uso de osciladores locales (OL) con una calidad igual o similar a la del equipo examinado para reducir el número de correlaciones cruzadas y obtener los resultados con mayor rapidez.

Solución de Rohde & Schwarz

Con el R&S®FSWP, se pueden utilizar fuentes externas para medir dispositivos de gama alta. La figura 1 muestra la configuración de medida, en la que se utilizan dos SLCO como osciladores locales conectados a las entradas auxiliares CH 1 IN y CH 2 IN del OL. El tercer SLCO de esta configuración es el DUT, que está conectado a la entrada de RF del R&S®FSWP. En el camino del OL se pueden agregar incluso dos amplificadores, puesto que su ruido aditivo se suprime mediante correlación cruzada. En esta configuración, las fuentes de OL deben funcionar a la misma frecuencia que el DUT. El R&S®FSWP establece un bucle de enganche de fase para sincronizar los SLCO externos respecto al DUT. En la parte trasera del R&S®FSWP están disponibles salidas de sintonización para sincronizar los SLCO. Estas presentan un rango de tensión de sintonización de 0 V a 8 V y una pendiente de sintonización negativa de alrededor de 2 kHz/V. La tensión de sintonización V_Tune del DUT esta ajustada permanentemente a 4 V.

La figura 2 muestra la configuración del menú de tensión de sintonización. Las dos salidas de sintonización están ajustadas a «Tuned» y la sensibilidad y el rango de sintonización se han introducido correspondientemente. En este caso, el ancho de banda de bucle está ajustado a 50 Hz. El filtrado principalmente externo de las entradas de sintonización de los osciladores puede dar lugar a un ancho de banda de bucle menor de lo indicado aquí. La deriva de frecuencia y la tensión de sintonización de las fuentes se relacionan en la parte inferior.

Mientras las tensiones no alcancen el valor mínimo o máximo, los osciladores se enganchan al DUT y se puede iniciar la medida. La figura 3 muestra el resultado. Solamente se requiere un promediado a 10 Hz de offset, que da como resultado 1000 promediados con 10 kHz de offset para medir –157 dBc (1 Hz) a 8 GHz. El área gris, que muestra la ganancia de correlación cruzada, se encuentra claramente por debajo de la traza, lo que indica que el DUT se ha medido correctamente sin limitación a través del instrumento.

La figura 4 muestra la misma medida realizada con las fuentes internas. El R&S®FSWP muestra los mismos valores, pero se necesita un múltiplo de 100 correlaciones cruzadas más para que el área gris esté claramente por debajo de la traza y de este modo contar con la seguridad de que el DUT se mide correctamente y obtener una traza más estable y fiable.

Resumen

Con la ayuda de fuentes externas como osciladores locales, el R&S®FSWP puede medir incluso fuentes de alta gama en pocos segundos, como se ha demostrado con osciladores fotónicos con offset fijo [2]. Ahora, los puertos de sintonización permiten sincronizar los OL con el DUT, lo que proporciona un rango de offset mayor. En este modo también funciona el denominado método de dos DUT, en el que la segunda señal de DUT se divide e inserta en las dos entradas de OL. Finalmente, se deben sustraer 3 dB del resultado, ya que el ruido de fase del OL no se elimina a través de la correlación cruzada.

Referencias

[1] G. Feldhaus y A. Roth, «A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation», publicado por European 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 International Microwave Symposium (IMS) 2025, Th2D-4.