ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ШУМОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ

May 8, 2012 by admin Комментировать »

Рабинов А. А., Беренштейн В. Б., Цыцарев А. Ю., Черепанов Н. В. ОАО «НПО «Алмаз» 125190, Москва, Ленинградский пр-т, д. 80 тел.: +7(095)158-97-82, факс: +7(095) 158-56-71

Аннотация – приведены результаты измерений частот – но-фазовых шумов сигналов различных устройств (микросхемы, генераторы). Измерения проводились с помощью специализированного измерительного комплекса PN9000 компании Aeroflex.

I.  Введение

На сегодняшний день существует проблема измерения фазовых шумов сигналов низкошумящих генераторов и опорных источников. Заводы изготовители отечественных микросхем различного назначения не приводят данных по шумовым характеристикам микросхем. В России до сих пор не существует хороших измерителей шумовых характеристик сигналов.

Известны две компании, разработавших измерительные комплексы для измерения шумовых характеристик сигналов – это Agillent technologies (PN Е5500-1) и Aeroflex (PN9000).

PN9000 представляет собой многофункциональный комплекс для измерения фазовых шумов в диапазоне частот до 26 ГГц и уровнем до минус 160 дБ/Гц. Устройство совместимо с ПК и позволяет комбинировать различные методы измерения, используя как внутренние опорные источники, так и внешние.

Специализированное программное обеспечение позволяет в удобной графической форме на экране монитора просматривать, сравнивать и анализировать результаты. При необходимости возможно сохранение результата в виде цифрового изображения и его печать.

В данной статье представлен отчет по измерениям фазовых шумов нескольких отечественных и зарубежных микросхем и генераторов.

II.  Основная часть

Схема измерений методом внутреннего опорного источника представлена на рис. 1. Такая схема измерений используется для относительно низких шумов источников сигнала. Измеряемый объект (DUT) подключается на вход фазового детектора (ФД) измерителя PN9000. В качестве опорного источника сигнала используется внутренний синтезатор частот. Далее информация оцифровывается, обрабатывается и выводится на дисплей.

Рис. 1. Схема измерения шумов с внутренним опорным источником сигнала.

Fig. 1. Meter-noise circuit with an internal reference source of signals

По этому методу измерены шумы сигнала генератора Hewlett Packard НР83712В на частоте 200 МГц. Измеренная характеристика фазовых шумов представлена на рис. 2. На том же рисунке показана аналогичная характеристика того же сигнала, поделенного на 25, двумя микросхемами НМС438 – делителей на 5 компании Hittite. Результат измерений соответствует данным шумовых характеристик, представленных компанией Hittite.

Рис. 2. Частотно-фазовые шумы микросхемы фирмы HITITE.

Fig. 2. Phase-and-frequency noise of HITITE- manufactured electronic chip

Фазовые шумы сигнала кварцевого генератора с частотой 200 МГц представлены на рис. 3. Кварцевый генератор разработан на предприятии ОАО "НПО "Алмаз" на кварцевых резонаторах, изготавливаемых на предприятии "Фонон" г. Москва. На том же рисунке представлены результаты измерений фазовых шумов микросхемы МС12093 – делитель частоты на 4 фирмы Motorolla. Как видно из рисунка фазовые шумы микросхемы МС12093 на (10-12) дБ хуже шумов микросхемы НМС438.

Еще более плохой результат показала микросхема 1ЭЗИЕЗ – делитель частоты на 10, шумы ухудшились на 30 дБ.

На рис. 4 представлены результаты измерений фазовых шумов сигнала кварцевого генератора на 5 МГц, а также результаты измерений фазовых шумов микросхемы ТТЛ 530ЛА16. На этом же рисунке приведены шумовые характеристики генератора НР83712В на частоте 1200 МГц.

Интерес представляют шумовые характеристики генераторов на структурах с поверхностно акустическими волнами (ПАВ), разработанные на предприятии "Элпа" г. Зеленоград. Шумы ПАВ – генератора (PLL) на частоте 1200 МГц, измеренные по вышеприведенной методике, показаны также на рис 4. Из рисунка видно, что приведенные шумы ПАВ – генератора явно хуже расчетных, да и данных шумов зарубежных ПАВ-генераторов.

Рис. 3. Частотно-фазовые шумы кварцевого генератора и делителей частоты на 4 и на 10.

Puc. 4. Частотно-фазовые шумы ПАВ генератора, кварцевого генератора, генератора НР83712.

Fig. 4. Phase-and-frequency noise of ASW generator, crystal oscillator, HP83712 generator

Fig. 3. Phase-and-frequency noise of a crystal oscillator and scalers for 4 and 10

Схема измерений методом внешнего опорного источника представлена на рис. 1. Такая схема измерений используется для более низких шумов источников сигнала. Измеряемый объект (DUT1) подключается на вход фазового детектора (ФД) измерителя PN9000. В качестве опорного источника сигнала (DUT2) используется однотипный измеряемый объект с подстройкой по частоте сигналом от схемы PLL измерителя шумов PN9000. Далее информация оцифровывается, обрабатывается и выводится на дисплей.

Рис. 5. Схема измерения шумов с внешним опорным источником сигнала.

Fig. 5. Meter-noise circuit with an external reference source of signals

Вариант измерения шумов ПАВ – генератора с использованием внешнего опорного источника показан на рис. 3 (Ext). В качестве последнего используется точно такой же ПАВ – генератор, который управляется петлей фазовой автоподстройки измерителя PN9000. К полученным шумам необходимо добавить 3 дБ, т.к. происходит сложение одинаковых шумов двух одинаковых ПАВ – генераторов.

III.  Заключение

Таким образом, полученные результаты измерений свидетельствуют о том, что наилучшими фазовыми шумами обладают микросхемы ТТЛ, затем идут микросхемы CMOS на арсениде Галлия и самыми плохими шумовыми свойствами обладают микросхемы ЭСЛ. По поводу генераторов можно сказать, что ПАВ генераторы обладают близкими шумовыми характеристиками к кварцевым генераторам и работают на много более высоких частотах.

IV.  Список литературы

[1]  Aeroflex, PN9000 Operation Manual, 2003.

PHASE NOISE MEASUREMENT OF RADIO-ELECTRONIC DEVICES USING SPECIAL METHODS

Berenshtein V. B., Rabinov A. A.,

Tsytsarev A. Y., Cherepanov N. V.

“ALMAZ” Scientific Industrial Corporation

125190, Leningradsky Ave., 80, Moscow, Russia

Tel.: +7 (095) 158 97 82, fax.: +7 (095) 158 56 71 E-mail: info@raspletin.ru

Abstract – Phase noise measurement results for various devices (microcircuits, generators) are presented. The measurements were provided using special Aeroflex Automatic Phase Noise Test System PN9000.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты