Test and measurement

Измерение джиттера, наведенного источником питания, и коэффициента подавления шума источника питания (PSNR) в кварцевых и тактовых генераторах с низким уровнем джиттера

Для увеличения скорости передачи данных в высокоскоростных цифровых устройствах необходимы такие компоненты временной синхронизации, как кварцевые и тактовые генераторы с низким уровнем джиттера. Являясь частью общей системы, компоненты должны выполнять свои функции в условиях неидеальной целостности питания системы и ограничивать фазовый шум, наведенный источником питания, и джиттер, возникающий из-за помех в шинах питания. Для измерения коэффициента подавления шума источника питания (PSNR) требуются точная генерация и наведение искусственных синусоидальных помех, а также измерение результирующих искажений из-за джиттера и фазового шума.

Проверка PSNR: измерение джиттера и фазового шума, наведенного источником питания, на кварцевом генераторе Epson SG3225EEN с низким уровнем джиттера.
Проверка PSNR: измерение джиттера и фазового шума, наведенного источником питания, на кварцевом генераторе Epson SG3225EEN с низким уровнем джиттера.

Измерительная задача

В современных высокоскоростных сетевых системах используются кварцевые и тактовые генераторы и генераторы с низким уровнем джиттера (100 фс или лучше). Значения джиттера для таких компонентов чаще всего указываются для диапазона интегрирования от 12 кГц до 20 МГц. Они обычно измеряются в идеальных условиях работы шины питания. Хотя шины питания в условиях работы без помех обеспечивают наилучшее значение джиттера, устройство должно поддерживать необходимый уровень джиттера в присутствии помех в шине питания во всей системе в целом. Коэффициент подавления джиттера, наведенного источником питания, для частот линии электропитания, а также частот коммутации в преобразователях постоянного тока и уровень гармоник обычно измеряется в диапазоне от 50 Гц до нескольких МГц. С целью испытания генерируется синусоидальная помеха необходимой амплитуды, которая накладывается на постоянное напряжение в шине питания. На этой частоте результирующий уровень линии фазового шума (в дБмВт) относительно уровня напряжения искусственной помехи в шине питания (в дБмВт) составляет значение PSNR. Измерение обычно выполняется на нескольких частотах с целью анализа PSNR в указанном выше диапазоне частот.

Анализаторы фазового шума от компании Rohde & Schwarz работают с непревзойденной чувствительностью, которая делает эти приборы идеальным выбором для измерения фазового шума и джиттера в устройствах с низким уровнем джиттера. Генерация синусоидальных помех и измерение напряжений помех в шине питания легко выполняются с помощью осциллографа со встроенным функциональным генератором и специализированным пробником шин питания.

Схема измерения PSNR
Схема измерения PSNR
Открытый Lightbox

Решение от Rohde & Schwarz

Измерение джиттера кварцевого или тактового генератора и значения PSNR обычно включает в себя следующие операции:

  • Измерение базовых параметров
    Измерения фазового шума и джиттера без помех в шине питания используются для определения базовых параметров ИУ в идеальных условиях (типичный диапазон интегрирования джиттера составляет от 12 кГц до 20 МГц)
  • Измерение PSNR
    Инжекция: вносятся синусоидальные помехи на различных частотах с целью идентификации джиттера и фазового шума, наведенного источником питания (типичный диапазон измерения PSNR обычно составляет от 50 Гц до 5 МГц)
    Расчет: значение PSNR рассчитывается на каждой частоте инжекции как отношение результирующего пика (паразитного излучения) фазового шума (в дБмВт) к напряжению помехи, которое подается на шину питания (в дБмВт)
Измерение PSNR в кварцевом генераторе частотой 156,25 МГц: например, начиная с частоты инжекции 3 кГц.
Измерение PSNR в кварцевом генераторе частотой 156,25 МГц: например, начиная с частоты инжекции 3 кГц.
Открытый Lightbox

Измерение фазового шума

Анализатор фазового шума R&S®FSWP работает с лучшей в отрасли чувствительностью к фазовому шуму и джиттеру. Добавление опции R&S®FSWP-B60 или R&S®FSWP-B61 повышает чувствительность благодаря кросс-корреляции. Отображаемый индикатор коэффициента кросс-корреляционного усиления показывает фазовый шум, вносимый прибором, и визуализирует запас относительно измеренной кривой фазового шума. Анализатор R&S®FSWP можно настроить на измерение джиттера испытуемого устройства в рамках определенного пользователем диапазона интегрирования. В примере показан диапазон от 12 кГц до 20 МГц, типичный для компонентов временной синхронизации в высокоскоростных системах связи. В результате применения высокоэффективного анализа паразитных излучений анализатора фазового шума отображаются паразитные излучения, которые возникают при внесении синусоидальных помех шины питания. Режим удержания максимума в приборе дает возможность ступенчато изменять частоту вносимой помехи в необходимом диапазоне частот. Также отображаются результирующие паразитные излучения и значения их смещения, уровня и джиттера, что позволяет удобно анализировать результаты измерения PSNR.

Автоматическое обнаружение пробника шин питания R&S®RT-ZPR20 на осциллографе R&S®RTO2000.
Автоматическое обнаружение пробника шин питания R&S®RT-ZPR20 на осциллографе R&S®RTO2000.
Открытый Lightbox

Генерация и измерение синусоидальных помех

Опция R&S®RTO-B6 добавляет в осциллограф R&S®RTO2000 встроенный генератор сигналов с режимами функционального генератора, модуляции, развертки и произвольной конфигурации. В примере синусоидальный сигнал, генерируемый на частотах 3 кГц, 10 кГц, 30 кГц, 100 кГц и 300 кГц, подается на шину питания ИУ с помощью линейного инжектора Picotest J2120A. Действительное напряжение на шине измеряется с помощью пробника шин питания R&S®RT-ZPR20. Выход функционального генератора настраивается на формирование необходимой помехи со среднеквадратическим напряжением 10 мВ (мощностью -27 дБмВт) на каждой частоте шины питания. Пробник R&S®RT-ZPR20 включает в себя встроенный вольтметр R&S®ProbeMeter для точного измерения постоянного напряжения в шине питания. Благодаря компенсации смещения в пробнике шин питания и низкому уровню собственного шума даже минимальные помехи можно точно измерять с помощью осциллографа максимального разрешения R&S®RTO2000.

Дополнительный режим высокой четкости (R&S®RTO-K17) увеличивает разрешение до 16 бит, дополнительно повышая точность измерения.

Заключение

Анализатор R&S®FSWP и осциллограф R&S®RTO2000 в сочетании с дополнительным встроенным генератором сигналов составляют компактную схему измерения джиттера и фазового шума, наведенного источником питания, на кварцевых и тактовых генераторах с низким уровнем джиттера. Пробник шин питания R&S®RT-ZPR20 и режим высокой четкости (R&S®RTO-K17) позволяют выполнять высокоточные измерения слабых помех в шинах питания. Значения PSNR можно рассчитать по уровням паразитных излучений в R&S®FSWP и уровню напряжения помех в шинах питания.

Стабилизация наведенной помехи в шине питания до среднеквадратического напряжения 10 мВ. На выходе генератора сигналов R&S®RTP-B6 для более высокого разрешения используется аттенюатор 20 дБ.
Стабилизация наведенной помехи в шине питания до среднеквадратического напряжения 10 мВ. На выходе генератора сигналов R&S®RTP-B6 для более высокого разрешения используется аттенюатор 20 дБ.
Открытый Lightbox
Связанные решения