Holzworth實(shí)時(shí)相位噪聲分析儀

測(cè)量真實(shí)噪底的互相關(guān)分析儀

介紹

Holzworth HA7000系列實(shí)時(shí)相位噪聲分析儀與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，一個(gè)關(guān)鍵特性是能夠測(cè)量每臺(tái)儀器的絕對(duì)相位噪底。這是非常有價(jià)值的信息，因?yàn)橄耦l譜分析儀一樣，沒(méi)有任何兩臺(tái)相位噪聲分析儀是相同的，即使它們的品牌和型號(hào)相同。由于獨(dú)特的可重新配置前端，允許用戶訪問(wèn)多個(gè)內(nèi)部模塊，Holzworth相位噪聲分析儀具有絕對(duì)噪底測(cè)量能力。通過(guò)展示測(cè)量?jī)x器實(shí)際噪底，對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)，可提升用戶對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的置信度。

大多數(shù)互相關(guān)相噪分析儀提供噪底近似值，該近似值是在數(shù)據(jù)采集期間使用來(lái)自相位矢量的實(shí)數(shù)和虛數(shù)信息計(jì)算得出的。最好將此近似值定義為置信因數(shù)或增益指標(biāo)，因?yàn)樵撝低ǔ１徽`認(rèn)為是儀器的噪底，但實(shí)際上并非如此。Holzworth HA7000系列應(yīng)用程序GUI還提供了據(jù)此計(jì)算出的置信度，稱為xCorr SNR（互相關(guān)信噪比）。xCorr SNR是一條計(jì)算出的跡線，顯示為被測(cè)數(shù)據(jù)跡線下方的陰影區(qū)域，并且是根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和該值之間的余量可以給出測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。與其他相位噪聲分析儀一樣，此xCorr SNR信息也不應(yīng)被誤認(rèn)為是儀器的噪底。

HA7062C實(shí)時(shí)相位噪聲分析儀概述

HA7062C實(shí)時(shí)相位噪聲分析儀在公認(rèn)的準(zhǔn)確性、高可靠性、自動(dòng)化和靈活性方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位；并提供極快的測(cè)量速度，以減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和/或優(yōu)化自動(dòng)化制造的產(chǎn)能。

HA7062C有一個(gè)專用的高速數(shù)字信號(hào)處理器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量，但經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的精度和速度始于模擬前端（圖1），提供無(wú)與倫比的性能。模擬前端的關(guān)鍵組件是一對(duì)Holzworth HSX系列射頻合成器，作為測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)部LOs（本地振蕩器）。這些超低噪聲射頻合成源與FFT引擎相結(jié)合，提供了現(xiàn)有最先進(jìn)的相位噪聲分析儀之一。

圖1：HA7062C框圖

獨(dú)特的，可重新配置的前端可直接訪問(wèn)內(nèi)部本振，以及每個(gè)通道的鑒相器（混頻器）的射頻和本振輸入端口。這些子系統(tǒng)訪問(wèn)點(diǎn)可供用戶使用，從而可以測(cè)量分析儀的絕對(duì)相位噪底。

HA7062C噪底測(cè)量概述

測(cè)量HA7000系列分析儀絕對(duì)相位噪底的關(guān)鍵是能夠通過(guò)DUT ch1輸入端口和DUT ch2輸入端口直接訪問(wèn)每個(gè)內(nèi)部鑒相器（混頻器）。

訪問(wèn)每個(gè)鑒相器使用戶可以連接兩個(gè)單獨(dú)的非相干射頻信號(hào)源。簡(jiǎn)單的來(lái)定義，相對(duì)于互相關(guān)數(shù)，DUT ch1輸入和DUT ch2輸入之間的任何非隔離共模噪聲都會(huì)限制本底噪聲。

如圖2所示，外部射頻信號(hào)源稱為DUT1和DUT2。分析儀的內(nèi)部LO（本振-“ HSX系列合成器”）源在這里稱為L(zhǎng)O1和LO2。內(nèi)部LOs是在內(nèi)部本振模式運(yùn)行時(shí)分析儀相位噪底的限制因素。為準(zhǔn)確反映儀器的噪底限制，DUT1和DUT2信號(hào)源應(yīng)具有與LO1和LO2相同或更好的相位噪聲性能。因此，Holzworth建議使用一組固定頻率的OCXOs（恒溫晶振）作為DUT1和DUT2，以幫助確保比內(nèi)部LO1和LO2合成器更好的相位噪聲。

圖2：噪底測(cè)量設(shè)置

噪底測(cè)量實(shí)例

如上所述，為了測(cè)量HA7062C實(shí)時(shí)相位噪聲分析儀的絕對(duì)噪底，DUT1和DUT2源應(yīng)具有與內(nèi)部LO1和LO2 HSX系列RF合成器相同或更好的相位噪聲。在此示例中，選擇了來(lái)自Wenzel Associates的兩個(gè)100MHz OCXOs作為DUT1和DUT1（見(jiàn)圖3）。

圖3：100MHz OCXOs用作DUT1和DUT2

注意，測(cè)量頻率偏移范圍和選擇的互相關(guān)次數(shù)都將直接影響互相關(guān)相位噪聲分析儀的絕對(duì)相位噪底。在DUT1和DUT2連接到它們各自的輸入端口后，用戶必須專門(mén)對(duì)測(cè)量頻率偏移范圍和互相關(guān)數(shù)進(jìn)行所需的調(diào)整。一旦將這些設(shè)置輸入到應(yīng)用程序GUI中，用戶只需選擇獲?。?a target="_blank">Acquire），實(shí)時(shí)互相關(guān)引擎將快速測(cè)量?jī)x器的100MHz噪底。

圖4展示了對(duì)于100MHz DUT，儀器在1x，10x和100x互相關(guān)下測(cè)得的噪底性能的不同水平。請(qǐng)記住，只要噪底的相位噪聲性能至少與內(nèi)部合成LOs的相位噪聲性能相同，則噪底數(shù)據(jù)并不取決于用作DUT1和DUT2的信號(hào)源的實(shí)際性能。內(nèi)部LOs的相位噪聲性能見(jiàn)產(chǎn)品用戶手冊(cè)。

圖4：100MHz相位噪底比較

真實(shí)的噪底數(shù)據(jù)提供了很多信息

相位噪聲分析是非常強(qiáng)大的量化信號(hào)穩(wěn)定性工具，且已在整個(gè)電子和通信行業(yè)中得到高度實(shí)施。隨著相位噪聲分析中互相關(guān)的出現(xiàn)，以前被認(rèn)為是不可能的測(cè)量基準(zhǔn)現(xiàn)在變得司空見(jiàn)慣。但是，即使互相關(guān)系統(tǒng)也具有局限性，因此無(wú)論好壞，了解正在使用的相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)的特定噪底限制非常重要。

如果不了解系統(tǒng)實(shí)際噪底限制，用戶很難完全證明其數(shù)據(jù)有效性。圖5是Holzworth GUI的快照，顯示了實(shí)際測(cè)得的噪底（綠色軌跡）與計(jì)算出的xCorr SNR（位于紅色數(shù)據(jù)軌跡下方的陰影區(qū)域）之間的差異。

圖5：測(cè)得的噪底與xCorr SNR的關(guān)系

xCorr SNR表示在25次互相關(guān)下測(cè)試的100MHz OCXO有足夠的余量。然而，xCorr SNR不能提供相對(duì)噪底實(shí)際位置的信息。此示例中，在25次互相關(guān)下測(cè)得的噪底揭示了儀器的真實(shí)測(cè)量余量。因此，已知數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，因?yàn)樗挥趯?shí)際測(cè)得的噪底之上。如果數(shù)據(jù)跡線實(shí)際上已經(jīng)與測(cè)得的噪底跡線接近，則用戶心中會(huì)有數(shù)：表明測(cè)試系統(tǒng)在設(shè)定的測(cè)量條件下已達(dá)到其極限。隨后可以使用更多數(shù)量的互相關(guān)來(lái)進(jìn)一步降低本底噪聲（如圖4所示）并確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

必須更好地理解任何互相關(guān)相位噪聲分析儀的置信區(qū)間、xCorr SNR、增益指標(biāo)等的數(shù)學(xué)本質(zhì)，以便更好地解釋其含義。然而，如果用戶可以簡(jiǎn)單地測(cè)量?jī)x器的真實(shí)噪底，則無(wú)需更多解釋，即可做到精確測(cè)量。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：可精確給出自身真實(shí)噪底的相噪分析儀

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