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

Анотація – наведені результати вимірювань частот – но-фазових шумів сигналів різних пристроїв (мікросхеми, генератори). Вимірювання проводилися за допомогою спеціалізованого вимірювального комплексу PN9000 компанії Aeroflex.

I. Вступ

На сьогоднішній день існує проблема вимірювання фазових шумів сигналів нізкошумящіх генераторів і опорних джерел. Заводи виробники вітчизняних мікросхем різного призначення не наводять даних по шумовим характеристикам мікросхем. В Росії до цих пір не існує хороших вимірників шумових характеристик сигналів.

Відомі дві компанії, які розробили вимірювальні комплекси для вимірювання шумових характеристик сигналів – це Agillent technologies (PN Е5500-1) і Aeroflex (PN9000).

PN9000 являє собою багатофункціональний комплекс для вимірювання фазових шумів в діапазоні частот до 26 ГГц і рівнем до мінус 160 дБ / Гц. Пристрій сумісний з ПК і дозволяє комбінувати різні методи вимірювання, використовуючи як внутрішні опорні джерела, так і зовнішні.

Спеціалізоване програмне забезпечення дозволяє в зручній графічній формі на екрані монітора переглядати, порівнювати і аналізувати результати. При необхідності можливе збереження результату у вигляді цифрового зображення і його друк.

У даній статті представлений звіт за вимірюваннями фазових шумів кількох вітчизняних і зарубіжних мікросхем і генераторів.

II. Основна частина

Схема вимірювань методом внутрішнього опорного джерела представлена ​​на рис. 1. Така схема вимірювань використовується для відносно низьких шумів джерел сигналу. Вимірюваний об’єкт (DUT) підключається на вхід фазового детектора (ФД) вимірювача PN9000. В якості опорного джерела сигналу використовується внутрішній синтезатор частот. Далі інформація оцифровується, обробляється і виводиться на дисплей.

Рис. 1. Схема вимірювання шумів з внутрішнім опорним джерелом сигналу.

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

За цим методом виміряні шуми сигналу генератора Hewlett Packard НР83712В на частоті 200 МГц. Виміряна характеристика фазових шумів представлена ​​на рис. 2. На тому ж малюнку показана аналогічна характеристика того ж сигналу, поділеного на 25, двома мікросхемами НМС438 – дільників на 5 компанії Hittite. Результат вимірювань відповідає даним шумових характеристик, представлених компанією Hittite.

Рис. 2. Частотно-фазові шуми мікросхеми фірми HITITE.

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

Фазові шуми сигналу кварцевого генератора з частотою 200 МГц представлені на рис. 3. Кварцовий генератор розроблений на підприємстві ВАТ “НВО” Алмаз “на кварцових резонаторах, що виготовляються на підприємстві “Фонон” м. Москва. На тому ж малюнку представлені результати вимірювань фазових шумів мікросхеми МС12093 – дільник частоти на 4 фірми Motorolla. Як видно з малюнка фазові шуми мікросхеми МС12093 на (10-12) дБ гірше шумів мікросхеми НМС438.

Ще більш поганий результат показала мікросхема 1ЕЗІЕЗ – дільник частоти на 10, шуми погіршилися на 30 дБ.

На рис. 4 представлені результати вимірювань фазових шумів сигналу кварцевого генератора на 5 МГц, а також результати вимірювань фазових шумів мікросхеми ТТЛ 530ЛА16. На цьому ж малюнку наведені шумові характеристики генератора НР83712В на частоті 1200 МГц.

Інтерес представляють шумові характеристики генераторів на структурах з поверхнево акустичними хвилями (ПАР), розроблені на підприємстві “Елпа” м. Зеленоград. Шуми ПАР – генератора (PLL) на частоті 1200 МГц, виміряні за вищенаведеною методикою, показані також на рис 4. З малюнка видно, що наведені шуми ПАР – генератора явно гірше розрахункових, та й даних шумів зарубіжних ПАР-генераторів.

Рис. 3. Частотно-фазові шуми кварцового генератора і дільників частоти на 4 і на 10.

Puc. 4. Частотно-фазові шуми ПАР генератора, кварцового 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 вимірювань методом зовнішнього опорного джерела представлена ​​на рис. 1. Така схема вимірювань використовується для більш низьких шумів джерел сигналу. Вимірюваний об’єкт (DUT1) підключається на вхід фазового детектора (ФД) вимірювача PN9000. В якості опорного джерела сигналу (DUT2) використовується однотипний вимірюваний об’єкт з підстроюванням по частоті сигналом від схеми PLL вимірювача шумів PN9000. Далі інформація оцифровується, обробляється і виводиться на дисплей.

Рис. 5. Схема вимірювання шумів із зовнішнім опорним джерелом сигналу.

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

Варіант вимірювання шумів ПАР – генератора з використанням зовнішнього опорного джерела зображений на рис. 3 (Ext). В якості останнього використовується точно такий же ПАР – генератор, який управляється петлею фазового автопідстроювання вимірювача PN9000. До отриманих шумів необхідно додати 3 дБ, тому що відбувається складання однакових шумів двох однакових ПАР – генераторів.

III. Висновок

Таким чином, отримані результати вимірювань свідчать про те, що найкращими фазовими шумами мають мікросхеми ТТЛ, потім йдуть мікросхеми CMOS на арсеніді Галлія і найгіршими шумовими властивостями володіють мікросхеми ЕСЛ. З приводу генераторів можна сказати, що ПАР генератори володіють близькими шумовими характеристиками до кварцовим генераторам і працюють на багато більш високих частотах.

IV. Список літератури

[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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»