Misurare la densità spettrale del rumore con gli oscilloscopi

Attività da eseguire

Nei moderni progetti a radiofrequenza, a segnali misti e digitali ad alta velocità, la parte più silenziosa di un sistema spesso ne determina in ultima analisi le prestazioni: che si tratti della sensibilità del ricevitore, del livello di jitter di una rete di distribuzione del clock o del margine di compatibilità elettromagnetica (EMC) di un convertitore di potenza. La densità spettrale del rumore (NSD) quantifica la quantità di rumore (tipicamente misurata in volt) divisa per la radice quadrata della frequenza, offrendo ai progettisti una visione risolta in frequenza della distribuzione del rumore lungo lo spettro.

Le tipiche unità di misura sono:

Soluzione Rohde & Schwarz

La funzione NSD per gli oscilloscopi R&S®RTO6 e R&S®RTP può effettuare misure basate sullo spettro. È disponibile un versatile canale matematico quando un oscilloscopio non dispone di una funzione NSD dedicata. Il nostro esempio utilizza gli oscilloscopi R&S®RTO6 e R&S®RTP. La FFT per l'oscilloscopio è essenziale quando si trasforma il segnale nel dominio del tempo nel dominio della frequenza

V(t) → V(f).

Il teorema di Parceval è un modo rapido per verificare la correttezza del segnale: l'energia nel dominio del tempo deve essere uguale a quella nel dominio della frequenza. Qui, il valore RMS dell'onda sinusoidale nel dominio del tempo è uguale all'altezza del picco nel dominio della frequenza (tecnicamente contribuiscono anche altri bin di frequenza, ma qui il rumore è minimo).

Per procedere ulteriormente, il canale matematico FFT verrà utilizzato da un secondo canale matematico. V(f) (canale Math1) viene diviso per la radice quadrata della larghezza di banda di risoluzione (RBW) 1). In questo esempio l'RBW è di 200 kHz, quindi la formula matematica per M2 è mostrata nella figura sulla destra.

A volte altre unità sono più adatte per rappresentare il segnale, soprattutto le visualizzazioni logaritmiche in:

Questo è facilmente possibile modificando la formula in:

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

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

I risultati delle varie formule sono mostrati nella figura sulla destra.

Riassunto

I versatili canali matematici trasformano qualsiasi oscilloscopio R&S®RTO6 e R&S®RTP in un analizzatore NSD completo, anche se lo strumento non dispone di una voce di menu NSD dedicata. Normalizzando l'ampiezza della FFT con √RBW, si può ottenere una vera metrica di densità di tensione. Infine, una singola espressione matematica può passare da unità lineari a logaritmiche (ved. Formula 2), presentando il risultato in base alle preferenze dell'utilizzatore.

Il motore matematico integrato negli oscilloscopi Rohde&Schwarz supporta l'utilizzatore fornendo risultati NSD accurati e ripetibili, utilizzando lo stesso hardware impiegato per le attività nel dominio del tempo.