R&S®FSWP는 외부 로컬 오실레이터를 지원합니다

목표

R&S®FSWP와 같이 내부 소스 및 상호 상관 기능을 탑재한 최신 위상 노이즈 분석기는 OCXO(Oven-controlled Crystal Oscillator, 항온 제어 수정 오실레이터), 신시사이저 또는 VCO(Voltage-controlled Oscillator, 전압 제어 오실레이터)와 같은 거의 모든 신호 소스를 수 초 내에 측정할 수 있습니다. 하지만 내부 소스는 1 MHz에서 56 GHz까지의 주파수 범위에 대응해야 하므로 OCXO, DRO(Dielectric Resonator Oscillator, 유전체 공진 오실레이터) 및 SLCO(사파이어 탑재 공동 오실레이터)와 같이 고정 주파수에서 작동하는 하이엔드 소스와 경쟁할 수 없습니다. 이러한 소스는 조정 범위가 좁고 뛰어난 위상 노이즈 성능을 제공합니다. Marki Microwave SLCOX0573의 경우, 8 GHz 주파수의 10 kHz 오프셋에서 –157 dBc (1 Hz)의 위상 노이즈 감도를 측정해야 합니다.

측정 시 R&S®FSWP50에서 버튼 하나만 누르면 됩니다. 그러나 이러한 오실레이터의 위상 노이즈 성능을 정확하게 측정하려면 10 kHz 오프셋에서 1천만회 이상의 평균화 또는 10 Hz 오프셋에서 약 1천회의 평균화가 필요합니다. 막대한 횟수의 평균화가 작동하기는 하지만 최종 결과를 얻기까지 많은 시간이 소요됩니다. 하이엔드 소스 개발자가 설계를 최적화하려는 경우에는 몇 초 이내에 더 빠르게 결과를 얻어야 합니다.

애플리케이션

상호 상관 수를 줄이고 결과를 더욱 빠르게 얻기 위해 동일하거나 유사한 DUT 품질의 LO(Local Oscillator, 로컬 오실레이터) 사용.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®FSWP를 사용하면 외부 소스를 사용해 하이엔드 장치를 측정할 수 있습니다. 그림 1은 LO 보조 입력인 CH 1 IN 및 CH 2 IN에 연결된 2개의 SLCO가 국부 오실레이터로 사용된 셋업을 나타냅니다. 이 셋업의 세 번째 SLCO는 R&S®FSWP의 RF 입력에 연결된 DUT입니다. LO 경로의 경우 가산 노이즈가 상호 상관에 의해 억제되므로 2개의 증폭기를 추가할 수 있습니다. 이 셋업에서 LO 소스는 DUT와 동일한 주파수에서 작동해야 합니다. R&S®FSWP는 PLL을 형성하여 외부 SLCO를 DUT에 동기화합니다. R&S®FSWP 후면에서는 SLCO를 동기화하기 위한 튜닝 출력을 사용할 수 있습니다. 이 출력은 0 V에서 8 V의 튜닝 전압 범위와 약 2 kHz/V의 음의 튜닝 기울기를 나타냅니다. DUT의 튜닝 전압 V_Tune은 4 V로 영구 설정됩니다.

그림 2는 튜닝 전압 메뉴의 설정을 보여줍니다. 양쪽 튜닝 출력은 모두 "Tuned"로 설정되며 감도와 튜닝 범위는 이에 맞게 입력됩니다. 이 경우 루프 대역폭은 50 Hz로 설정됩니다. 오실레이터 튜닝 입력의 대부분의 외부 필터링으로 인해 여기에 나열된 것보다 더 작은 루프 대역폭이 발생할 수 있습니다. 소스들의 주파수 편차와 튜닝 전압은 하단에 나열되어 있습니다.

전압이 최솟값이나 최댓값에 도달하지 않는 한, 오실레이터는 DUT에 동기화되며 측정을 시작할 수 있습니다. 그림 3은 결과를 보여줍니다. 10 Hz 오프셋에서 단 1회의 평균화만 필요하며, 10 kHz 오프셋에서는 1000회의 평균화 효과를 얻어 8 GHz에서 –157 dBc (1 Hz)를 측정할 수 있습니다. 상호 상관 게인을 나타내는 회색 영역은 트레이스보다 명확히 아래에 위치하여, 테스트 및 측정 장비의 제한 없이 DUT가 정확하게 측정됨을 나타냅니다.

그림 4는 내부 소스를 사용해 수행한 동일한 측정을 보여줍니다. R&S®FSWP는 동일한 측정값을 표시하지만, 회색 영역이 트레이스보다 확실히 아래에 배치되어 DUT가 정확히 측정되었음을 보장하고 더 매끄럽고 신뢰할 수 있는 트레이스를 얻으려면 100배 더 많은 상호 상관이 필요합니다.

요약

외부 소스를 LO(로컬 오실레이터)로 활용하는 R&S®FSWP는 고정 오프셋 기반의 포토닉 오실레이터 검증 사례처럼 하이엔드 소스도 몇 초 만에 측정할 수 있습니다 [2]. 여기에 튜닝 포트 기능이 더해져 LO를 DUT에 동기화할 수 있게 되면서 더욱 넓은 오프셋 범위를 지원합니다. 이 모드에서는 두 번째 DUT 신호를 분할하여 양쪽 LO 입력으로 공급하는 이른바 두 DUT 방식도 동일하게 작동합니다. 다만 LO의 위상 노이즈는 상호 상관을 통해 제거되지 않으므로 최종 측정 결과에서 3 dB를 차감해야 합니다.

참조자료

[1] G. Feldhaus 및 A. Roth, “A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation”, EFTF(European Frequency and Time Forum)에 게시, York, UK, 2016년 4월.

[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 IMS(International Microwave Symposium) 2025, Th2D-4.