L'analizzatore R&S®FSWP supporta gli oscillatori locali esterni

Attività da eseguire

I moderni analizzatori di rumore di fase con sorgenti interne e correlazione incrociata, come il modello R&S®FSWP, possono misurare, in pochi secondi, praticamente qualsiasi sorgente di segnale, come un oscillatore a cristallo controllato termicamente (OCXO), un sintetizzatore o un oscillatore controllato in tensione (VCO). Tuttavia, le sorgenti interne devono coprire la gamma di frequenze compresa tra 1 MHz e 56 GHz e non possono competere con le sorgenti di fascia alta che funzionano a frequenza fissa, quali gli OCXO, gli oscillatori a risonatore dielettrico (DRO) e gli oscillatori a cavità in zaffiro (SLCO). Queste sorgenti hanno un intervallo di sintonia limitato e prestazioni eccellenti in termini di rumore di fase. Nel caso dell'oscillatore Marki Microwave SLCOX0573, è necessario misurare una sensibilità al rumore di fase pari a –157 dBc (1 Hz) con un offset di 10 kHz a una frequenza di 8 GHz.

Con l’analizzatore R&S®FSWP50, basta premere un pulsante per eseguire questa operazione. Tuttavia, per misurare con accuratezza le prestazioni in termini di rumore di fase di questi oscillatori sono necessarie oltre 10 000 000 di medie con uno scostamento di 10 kHz o circa 1000 medie con uno scostamento di 10 Hz. L'utilizzo di un numero elevato di medie funziona, ma richiede tempo per ottenere il risultato finale. Se i progettisti di sorgenti di fascia alta vogliono ottimizzare il proprio progetto, devono ottenere i risultati più rapidamente, nell'arco di pochi secondi.

Applicazione

Utilizzo di oscillatori locali (LO) di qualità identica o simile a quella del dispositivo in prova (DUT) per ridurre il numero di correlazioni incrociate e ottenere i risultati più rapidamente.

Soluzione Rohde & Schwarz

Con l'analizzatore R&S®FSWP, è possibile ricorrere a sorgenti esterne per misurare i dispositivi di fascia alta. La Figura 1 mostra la configurazione in cui due SLCO vengono utilizzati come oscillatori locali collegati agli ingressi ausiliari LO CH 1 IN e CH 2 IN. Il terzo SLCO in questa configurazione è il dispositivo in prova (DUT), che è collegato all'ingresso RF dell'analizzatore R&S®FSWP. Per il percorso LO è possibile aggiungere anche due amplificatori, poiché il loro rumore aggiuntivo sarà soppresso dalla correlazione incrociata. In questa configurazione, le sorgenti LO devono funzionare alla stessa frequenza del DUT. L'analizzatore R&S®FSWP crea un anello ad aggancio di fase (PLL) per sincronizzare gli SLCO esterni al DUT. Sul retro dell'analizzatore R&S®FSWP sono disponibili uscite di regolazione per agganciare gli SLCO. Offrono un intervallo di tensione di sintonizzazione compreso tra 0 V e 8 V e una pendenza di sintonizzazione negativa di circa 2 kHz/V. La tensione di sintonizzazione V_Tune del dispositivo in prova è impostata in modo permanente a 4 V.

La figura 2 mostra la struttura del menu della tensione di sintonizzazione. Entrambe le uscite di sintonizzazione sono impostate su “Tuned” e la sensibilità e la gamma di sintonizzazione vengono inserite di conseguenza. In questo caso la larghezza di banda dell'anello è impostata a 50 Hz. Il filtraggio, prevalentemente esterno, degli ingressi di sintonizzazione degli oscillatori può determinare una larghezza di banda dell'anello inferiore a quella qui indicata. Lo scostamento di frequenza e la tensione di sintonizzazione delle sorgenti sono riportati in fondo alla pagina.

Fintanto che le tensioni non raggiungono il valore minimo o massimo, gli oscillatori rimangono sincronizzati con il dispositivo in prova ed è possibile avviare la misura. Il risultato viene mostrato nella figura 3. È sufficiente un solo calcolo della media con offset di 10 Hz, il che comporta 1000 calcoli della media con offset di 10 kHz per misurare –157 dBc (1 Hz) a 8 GHz. L'area grigia, che mostra il guadagno di correlazione incrociata, si trova chiaramente al di sotto della traccia, a indicare che il DUT viene misurato correttamente senza limitazioni da parte delle apparecchiature di misura e collaudo.

La Figura 4 mostra la stessa misura eseguita con sorgenti esterne. L'analizzatore R&S®FSWP mostra gli stessi valori, ma occorrono 100 volte più correlazioni incrociate per far sì che l'area grigia risulti chiaramente al di sotto della curva, in modo da garantire che il DUT sia misurato correttamente e si ottenga una curva più regolare e affidabile.

Riassunto

Grazie al supporto di sorgenti esterne quali gli oscillatori locali, l’analizzatore R&S®FSWP è in grado di misurare anche sorgenti di fascia alta in pochi secondi, come dimostrato nel caso degli oscillatori fotonici con offset fisso [2]. Ora le porte di sintonizzazione consentono di agganciare i generatori di oscillazione locale (LO) al DUT, ottenendo una gamma di offset più ampia. In questa modalità funziona anche il cosiddetto metodo a due DUT, in cui il segnale del secondo DUT viene suddiviso e inviato a entrambi gli ingressi LO. Alla fine, occorre sottrarre 3 dB dal risultato, poiché il rumore di fase dell’oscillatore locale (LO) non viene soppresso dalla correlazione incrociata.

Riferimenti

[1] G. Feldhaus e A. Roth, “A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation”, pubblicato nello European Frequency and Time Forum (EFTF), York, Regno Unito, aprile 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.