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Comment mesurer le bruit de phase avec un analyseur de spectre

Comment mesurer le bruit de phase avec un analyseur de spectre


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Les analyseurs de spectre d'aujourd'hui fournissent un moyen très efficace de tester le bruit de phase facilement et avec précision, et peuvent être beaucoup plus faciles et plus précis que l'utilisation d'approches utilisant d'autres formes d'instruments de test électroniques.

Ces instruments de test électroniques sont souvent conçus avec des routines intégrées au logiciel pour rendre les tests encore plus faciles. Comparé à d'autres méthodes utilisant différentes formes d'équipement de test, l'analyseur de spectre fournit non seulement une méthode plus pratique pour obtenir les mesures de bruit de phase, mais il est normalement plus précis.

Le bruit de phase prend de plus en plus d'importance en tant que paramètre sur de nombreux appareils RF car non seulement une mauvaise performance du bruit de phase peut entraîner une augmentation des erreurs de données, mais il peut également créer des interférences pour les utilisateurs sur d'autres canaux.

En conséquence, des mesures de bruit de phase sont nécessaires pour une multitude de types différents d'équipements électroniques pendant les étapes de conception. Il peut être applicable à des éléments allant des téléphones mobiles, aux nœuds / unités utilisés pour l'Internet des objets, l'IoT, les équipements de communication sans fil à courte portée, radio et un grand nombre d'autres éléments.

En raison de la variété des éléments qui peuvent nécessiter des mesures de bruit de phase, un moyen pratique d'y parvenir est nécessaire, et l'analyseur de spectre est un instrument de test idéal pour répondre à ce besoin.

Qu'est-ce que le bruit de phase

Le bruit de phase résulte des fluctuations de phase à court terme qui existent sur n'importe quel signal. Ceci est connu sous le nom de gigue de phase et est mesuré directement en radians.

La gigue de phase se manifeste sur un signal sous forme de bandes latérales qui s'étalent de chaque côté du signal principal. Ceci est connu sous le nom de bruit de phase à bande latérale unique, et lorsqu'on le regarde de cette manière, il est plus facile à visualiser et également à mesurer.

Le bruit de phase est important pour plusieurs raisons:

  • Dégrade les performances des transmissions de données: La plupart des transmissions de données comme celles utilisées pour les communications cellulaires, le Wi-Fi et de nombreuses autres applications utilisent des formes de modulation qui utilisent la phase dans le cadre ou la totalité de la technique de modulation. Tout bruit de phase réduira la marge entre les différents états et aura un impact sur les marges du signal et les taux d'erreur sur les bits qui en résultent. Cela signifie qu'il est important d'avoir de bonnes performances de bruit de phase pour tous les oscillateurs locaux.
  • Interférence de canal adjacent: Le bruit de phase se propage de chaque côté du signal principal et peut tomber dans les canaux proches, provoquant des interférences avec d'autres utilisateurs. En conséquence, les rayonnements non essentiels, y compris le bruit de phase, doivent être maintenus en dessous de certaines limites pour garantir que les interférences ne constituent pas un problème.

Le bruit de phase est mesuré comme la puissance de bruit dans une bande passante donnée. La norme est une bande passante de 1 Hz. Bien que la mesure puisse être effectuée dans une bande passante plus large, elle peut être facilement convertie en valeur pour une bande passante de 1 Hz.

En plus de cela, la valeur du bruit est liée au niveau de la porteuse. Un nombre donné de décibels vers le bas sur le support. L'abréviation standard indiquant cela est dBc.

Enfin, le décalage par rapport à la porteuse doit être indiqué car le niveau de bruit varie lorsque le décalage par rapport à la porteuse est modifié.

Cette spécification typique est exprimée en décibels sur la porteuse dans une largeur de bande de 1 Hz à un décalage de fréquence donné, c'est-à-dire dBc / Hz à un décalage de xx kHz.

Remarque sur le bruit de phase:

Le bruit de phase consiste en de petites perturbations aléatoires dans la phase du signal, c'est-à-dire une gigue de phase. Ces perturbations sont effectivement une modulation de phase et, par conséquent, des bandes latérales de bruit sont générées. Ceux-ci s'étalent de chaque côté du signal principal et peuvent être tracés sur un analyseur de spectre sous forme de bruit de phase à bande latérale unique.

En savoir plus sur Bruit de phase.

Prérequis pour la mesure du bruit de phase

La principale exigence pour toute mesure de bruit de phase à l'aide d'un analyseur de spectre est qu'il doit avoir un faible niveau de dérive par rapport à la vitesse de balayage. Si le niveau de dérive de l'oscillateur est trop élevé, cela invaliderait les résultats de la mesure.

Cela signifie que cette technique est idéale pour mesurer les niveaux de bruit de phase des synthétiseurs de fréquence car ils sont verrouillés sur une référence stable et les niveaux de dérive sont très faibles.

De nombreux oscillateurs libres ne sont pas suffisamment stables pour utiliser cette technique. Souvent, ils devraient être verrouillés sur une référence d'une manière ou d'une autre, ce qui modifierait les caractéristiques de bruit de phase d'au moins une partie du spectre.

De plus, les performances de bruit de phase de l'analyseur de spectre doivent être meilleures que celles de l'élément à tester, sinon le test mesurera la caractéristique de bruit de phase de l'analyseur de spectre.

Bien que cela ne soit pas essentiel, il est utile que l'analyseur de spectre dispose d'une routine intégrée pour la mesure du bruit de phase. De nombreux instruments de test modernes ont ces routines intégrées et peuvent être d'une grande aide.

Comment mesurer le bruit de phase avec un analyseur de spectre

Bien qu'il existe de nombreuses façons de mesurer le bruit de phase, la plus simple consiste à utiliser un analyseur de spectre.

Essentiellement, l'analyseur est connecté à la sortie de l'unité testée via tout atténuateur approprié nécessaire pour réduire la puissance dans l'analyseur (si la puissance de sortie de l'unité testée est élevée).

Dans certains cas, il peut être nécessaire de verrouiller ensemble les étalons d'oscillateur de l'analyseur et de l'unité à tester. De cette façon, il n'y aura pas de dérive du signal, ce qui pourrait être un problème pour la fermeture des mesures.

L'analyseur est alors réglé pour mesurer le niveau du signal hors de la porteuse - souvent cela peut de la porteuse à une fréquence de 1 MHz ou peut-être plus. Idéalement à un point où le bruit a atteint le plancher de bruit.

La bande passante de l'analyseur doit être réglée de manière à obtenir un bon équilibre entre la résolution de l'analyse et le temps nécessaire à l'analyse. Le niveau de bruit peut alors être converti en celui trouvé dans une bande passante de 1 Hz.


Caractéristiques du filtre et du détecteur de l'analyseur

Les caractéristiques du filtre et du détecteur de l'analyseur de spectre ont un impact sur les résultats de la mesure du bruit de phase.

L'un des principaux problèmes est la bande passante du filtre utilisé dans l'analyseur de spectre. Les analyseurs ne possèdent pas de filtres 1 Hz, et même s'ils faisaient des mesures avec un filtre de bande passante 1 Hz, cela prendrait beaucoup trop de temps à faire. En conséquence, des filtres plus larges sont utilisés et le niveau de bruit est ajusté aux niveaux qui seraient trouvés si un filtre de largeur de bande de 1 Hz avait été utilisé.

Il est possible d'utiliser une formule simple pour effectuer un ajustement de la bande passante du filtre:

L1 Hz=Lfiltre-10Journal10(BW1)

Où:
L1 Hz = niveau dans une bande passante de 1 Hz, c'est-à-dire normalisé à 1 Hz, typiquement en dBm
Lfilt = niveau dans la bande passante du filtre, généralement en dBm
BW = bande passante du filtre de mesure en Hz

Comme la forme du filtre n'est pas une forme complètement rectangulaire et a un roll-off fini, cela a un effet sur la transformation pour donner le bruit dans une bande passante de 1 Hz. En général, un facteur connu du filtre utilisé doit être incorporé pour garantir une transformation correcte.

Le type de détecteur a également un impact. Si un détecteur d'échantillonnage est utilisé à la place d'un détecteur RMS et que la trace est moyennée sur une bande passante étroite ou sur plusieurs mesures, alors on constate que le bruit sera sous-pondéré.

Les ajustements de ces facteurs et de tout autre sont normalement pris en charge dans l'analyseur de spectre, et souvent une configuration spéciale de mesure du bruit de phase est incorporée dans les capacités du logiciel.

Précautions de mesure du bruit de phase

Il y a quelques précautions importantes à prendre en compte lors de la mesure du bruit de phase avec un analyseur de spectre

  • Assurez-vous qu'aucun bruit externe ne peut être capté: L'analyseur de spectre mesure le bruit de phase à bande latérale unique et donc tout bruit d'amplitude présent s'ajoutera à cela, dégradant le résultat. Assurez-vous qu'aucun bruit externe ne peut être capté par l'analyseur:
    • Utilisez des prospects filtrés: Utilisez des fils blindés pour toutes les connexions de signaux
    • Tenir à l'écart des sources de bruit: Assurez-vous que le système de test, y compris l'unité testée, est éloigné de toute source d'interférence. Comme les niveaux de signal mesurés seront très faibles pour certaines fréquences, même une petite quantité de détection peut entraîner des résultats erronés
    • Salle blindée? Si une salle blindée RF est disponible, il peut être possible de l'utiliser pour effectuer le test, en s'assurant qu'aucune interférence n'est captée.
  • Exécutez l'unité sous test à partir d'une source d'alimentation correcte: Une alimentation électrique peut considérablement modifier les performances de bruit des circuits RF. Assurez-vous que l'alimentation électrique de l'équipement est utilisée, ou au moins une avec un niveau de performance identique. Les alimentations à découpage génèrent souvent plus de bruit que les alimentations linéaires analogiques, il faut donc s'en souvenir.
  • Assurez-vous que les performances de l'analyseur sont adaptées: Il y a deux problèmes principaux; à savoir le bruit de phase de l'analyseur de spectre lui-même et les performances de la plage dynamique:
    • Performances du bruit de phase de l'analyseur de spectre: Pour les signaux qui ont de très faibles niveaux de bruit de phase, il est possible que l'unité testée se rapproche des performances de l'analyseur. Dans ce cas, le bruit de phase de l'oscillateur dans l'analyseur s'ajoutera à celui du signal testé et cela faussera le résultat. Pour éviter cela, assurez-vous que les performances de bruit de phase de l'analyseur sont au moins 10 dB meilleures que celles de l'unité testée.
    • Plage dynamique de l'analyseur de spectre: Les performances de la plage dynamique de l'analyseur de spectre doivent également être suffisantes. L'analyseur doit pouvoir s'adapter au niveau de la porteuse ainsi qu'aux très faibles niveaux de bruit qui existent plus loin de la porteuse. Il est facile de vérifier si le bruit thermique est un problème. La trace du bruit de phase de la source de signal peut être prise et stockée. En utilisant exactement les mêmes paramètres, mais sans signal, la mesure peut être répétée. Si au décalage d'intérêt il y a une nette différence entre les deux, alors la mesure ne sera pas indûment affectée par le bruit thermique de l'analyseur.

L'utilisation de ces précautions et de toutes autres qui peuvent être appropriées garantit qu'il est possible d'obtenir de très bons résultats lors de l'utilisation d'un analyseur de spectre pour mesurer le bruit de phase.

Les analyseurs de spectre sont des instruments de test idéaux pour effectuer des mesures de bruit de phase. Avec de nombreux analyseurs modernes de haute performance incorporant déjà des routines pour entreprendre ces tests dans n'importe quelle conception RF ou scénario de test, les mesures sont non seulement faciles à réaliser mais également fiables.

Compte tenu des rigueurs de la réalisation de mesures de bruit de phase, ce sont principalement les instruments de test haut de gamme qui peuvent effectuer ces mesures et intégrer les routines. Néanmoins, il est possible, avec soin, d'utiliser d'autres analyseurs de spectre bas de gamme pour faire des les performances de bruit de phase des circuits, modes et systèmes, à condition de comprendre les limites de l'essai.


Voir la vidéo: EB#1 Introduction au Multimètre (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Dotaur

    Je vous prie pardon qui est intervenu ... Je comprends cette question. Nous pouvons examiner.

  2. Gomi

    En elle quelque chose est. Merci pour l'information.

  3. Khair Al Din

    Attendre ...



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