Medición de la densidad del espectro de ruido con osciloscopios

Su misión

En los diseños modernos de RF, de señal mixta y digitales de alta velocidad, la parte más silenciosa de un sistema por lo general determina en definitiva su rendimiento, ya sea la sensibilidad del receptor, el piso de jitter para una red de distribución de reloj o el margen de compatibilidad electromagnética (EMC) para un convertidor de potencia. La densidad del espectro de ruido (NSD) cuantifica la cantidad de ruido (por lo general medida en voltios) dividida por la raíz cuadrada de la frecuencia, lo que proporciona a los ingenieros una visión de la distribución del ruido a lo largo del espectro.

Las unidades de medición habituales son:

Solución de Rohde & Schwarz

Los osciloscopios R&S®RTO6 y R&S®RTP pueden realizar mediciones de la NSD basadas en el espectro. Se dispone de un canal matemático versátil cuando un osciloscopio no cuenta con una función NSD especial. Nuestro ejemplo utiliza los osciloscopios R&S®RTO6 y R&S®RTP. A la hora de transformar la señal en el dominio temporal al dominio de la frecuencia, es esencial contar con la transformada rápida de Fourier en el osciloscopio

V(t) → V(f).

El teorema de Parseval es una manera rápida de verificar la corrección de la señal: la energía en el dominio del tiempo debe ser la misma que en el dominio de la frecuencia. Aquí, el valor eficaz de la onda sinusoidal en el dominio del tiempo es igual a la altura del pico en el dominio de la frecuencia (técnicamente, otros contenedores de frecuencia también contribuyen, pero el ruido aquí es mínimo).

Para continuar, el canal matemático de la transformada rápida de Fourier será utilizado por un segundo canal matemático. V(f) (canal Math1) se divide entre la raíz cuadrada del ancho de banda de resolución (RBW) 1). En este ejemplo, el RBW es de 200 kHz, por lo que la fórmula matemática para M2 se muestra en la figura de la derecha.

A veces, otras unidades son más adecuadas para representar la señal, especialmente cuando se utilizan representaciones logarítmicas en:

Esto se consigue fácilmente al ajustar la fórmula a:

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

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

Los resultados de varias fórmulas se muestran en la figura de la derecha.

Resumen

Los versátiles canales matemáticos convierten cualquier osciloscopio R&S®RTO6 y R&S®RTP en un analizador de NSD con todas las funciones, incluso si el instrumento no cuenta con una opción de menú especial para la NSD. Al normalizar la magnitud de la transformada rápida de Fourier con √RBW, puede obtenerse una métrica real de la densidad de voltaje. Finalmente, para presentar el resultado según las preferencias del usuario, una única expresión matemática puede alternar entre unidades lineales o logarítmicas (véase la fórmula 2).

El motor matemático integrado de los osciloscopios de Rohde & Schwarz ofrece al usuario resultados de la NSD precisos y repetibles por medio del mismo hardware que se utilizó para el trabajo en el dominio del tiempo.