Yüksek hassasiyetli test ve ölçüm (T&M) uygulamalarında, metrologi sınıfı sinyal üreteçlerine olan talep, kapsamlı bir dizi ileri düzey performans özelliklerini gerektirmektedir. Bunlar arasında yüksek çıkış gücü, düşük faz gürültüsü, hızlı genlik ve frekans anahtarlama, yüksek spektral saflık ve hassas modülasyon yetenekleri gibi özellikler bulunmaktadır. Dahası, kompakt tasarım ve düşük güç tüketimi, radar ve beamforming testleri, çoklu giriş ve çoklu çıkış (MIMO) sistem değerlendirmesi ve kuantum hesaplama araştırmaları gibi uygulamalarda kritik olan çok kanallı faz uyumlu sinyal kaynaklarının geliştirilmesi için önemlidir.
Tekli ve çoklu kanallı Keysight G3 Analog Sinyal Üreteci, bu gereksinimleri karşılamaktadır. Seri, 9 kHz ile 54 GHz arasındaki bir frekans aralığını kapsamakta olup, tek bir ürün serisinde kapsamlı bir performans özellikleri yelpazesi sunmaktadır.
Bazı anahtar özellikler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:
Sinyal üreteci mimarisi
Şekil 1, cihazın basitleştirilmiş bir blok diyagramıdır. Frekans anahtarlama hızına yönelik zorlu gereksinimleri karşılamak ve düşük faz gürültüsünü korumak amacıyla, frekans sentezi için temel olarak voltaj kontrollü osilatör (VCO) ve doğrudan dijital sentez (DDS) seçilmiştir. Tüm sistem için birincil referans sinyali, dahili düşük gürültülü 100 MHz fırın kontrollü kristal osilatöründen (OXCO) doğrudan türetilen yüksek frekanslı bir saat sinyalidir.
Şekil 1. G3 Analog Sinyal Jeneratörü G3 Analog Sinyal Jeneratörü basitleştirilmiş blok diyagramı
Sistemdeki yan harmonikleri etkili bir şekilde bastırmak için, değişken referans ile sentezleme adı verilen bir teknik kullandık. G3 Analog Sinyal Üreteci'nin faz kilitli döngü (PLL) sistemi, DDS sentezleyici frekansını veya REF1 referans frekansını küçük adımlarla ayarlamaya olanak tanıyan iki serbestlik derecesi sunmaktadır. Her iki yöntemi de iyi tasarlanmış bir frekans planıyla birlikte kullanarak, istenmeyen yan harmonikleri en aza indirebiliriz.
DDS Yükseltme Genişletme” bloğu, REF1 ve REF2 frekanslarını gerektiği şekilde ayarlamak için çeşitli çarpanlar ve bölücülerden oluşur. Çıkış aşamaları, çarpanlar, kesirli bölücüler, amplifikatör aşamaları ve ayarlanabilir çok düşük frekans (VLF) filtresinden oluşarak, geniş bir frekans aralığında düşük harmonik seviyelerini elde etmek ve yüksek sinyal gücünü korumak için klasik bir yaklaşım sergiler.
Mükemmel frekans kararlılığı ve faz gürültüsü
Faz gürültüsü, genellikle bir sinyal üretecinin bir uygulamaya ne kadar uygun olduğunu belirleyen kritik bir parametredir. G3 Analog Sinyal Üreteci'nin en önemli odak noktası, tüm ofset frekans aralıklarında iyi faz gürültüsünü sağlamak ve aynı zamanda hızlı anahtarlama özelliğini korumaktır.
Standart 100 MHz referansına ek olarak, G3 Analog Sinyal Üreteci, isteğe bağlı olarak daha stabil ve düşük sürünme (drift) özelliğine sahip OCXO tabanlı 10 MHz referanslarına (LN ve LN+ seçenekleri) sahip olabilir. 100 MHz osilatörünün kilitlenmesi, yakın (0 ile 100 Hz) faz gürültüsü seviyesini önemli ölçüde azaltır. Yıllık yaşlanma oranı, 20 ppb seviyesine iyileştirilmiştir.
100 MHz referansının mükemmel faz gürültüsü performansı, yenilikçi frekans sentezi devresiyle birleştirildiğinde, orta ofset aralığında olağanüstü düşük faz gürültüsü seviyesi sağlar.
Uzak uç ofset aralığında, sinyal kaynağının hızlı bir şekilde anahtarlanabilmesini sağlamak amacıyla bilerek YIG benzeri bir filtreleme mekanizması kullanılmamıştır.
Şekil 2, LN seçeneği ile donatılmış G3 Analog Sinyal Üreteci'nin tek yan bant (SSB) faz gürültüsü performansını göstermektedir. Mükemmel faz gürültüsü performansı, tüm ofset aralığında ve sinyal frekans aralığında 54 GHz'ye kadar elde edilmiştir. Ölçülen sonuçlardan görülebileceği gibi, 10 GHz taşıyıcı frekansında, G3 Analog Sinyal Üreteci sırasıyla 10 Hz ve 20 kHz ofset frekanslarında -90 ve -130 dBc / Hz değerlerine ulaşmıştır.
Şekil 2. LN opsiyonlu G3 Analog Sinyal Jeneratörünün SSB faz gürültüsü
Güçlü bir şekilde bastırılmış harmonikler ve non-harmonikler
Sinyal saflığı, harmonikler, alt-harmonikler ve yan sinyal seviyeleri ile tanımlanır ve sinyal kalitesi ile ilgili bir başka kritik açıdan biridir. Tüm istenmeyen sinyal türlerinin düşük seviyelerde olması, sinyal distorsiyonunu en aza indirmek, daha az ve düşük seviyeli parazit sinyalleri oluşturmak ve böylece test sisteminin doğruluğunu ve hassasiyetini artırmak için gereklidir.
Devre tasarımı yaklaşımlarının, filtreleme ve frekans planı optimizasyonunun birleşimi ile G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5021A) sinyal kaynakları, tüm harmonik ve non-harmonik sinyal seviyeleri için öncü düzeyde performans sunmaktadır. Örneğin, 10 GHz'de harmonikler ve non-harmonikler sırasıyla -50 ve -85 dBc seviyelerine kadar düşmektedir.
Yüksek çıkış gücü
Mikrodalga frekans aralığında yüksek çıkış gücüne ulaşmak çok önemlidir. Daha yüksek frekanslarda yaşanan kayıpları telafi etmek için, kHz ile 54 GHz arasındaki tüm frekans aralığını kapsayacak şekilde birden fazla çıkış amplifikatörü kurmayı tercih ettik. Bu mimari ile, 30 ile 40 GHz frekans aralığında çıkış gücü yaklaşık 22 dBm'ye ulaşırken, 40 ile 54 GHz aralığında ise hala 15 dBm'yi aşmaktadır. Bu geliştirme, daha geniş bir spektrumda güçlü güç seviyeleri sağlar ve iyi bir harmonik reddi ile mikrodalga uygulamalarının zorlu gereksinimlerini karşılar.
Şekil 3. G3 Analog Sinyal Jeneratörü G3 Analog Sinyal Jeneratörünün maksimum çıkış gücü
Puls modülasyon performansı
Radar testi gibi uygulamalarda, pulslu sürekli dalga (CW) sinyallerinin kalitesi, performans doğrulaması için çok önemlidir. Sinyal üreteci, dar genişliklere sahip, hızlı yükselme ve düşme sürelerine sahip pulsları yüksek tekrarlama hızında üretebilecek kapasitede olmalıdır.
Puls modülasyonu için, hızlı geçiş süreleri sağlamak amacıyla genellikle zayıflatıcılar ve anahtarlar kullanılır. Yüksek ON / OFF oranı ve daha hızlı işlem sağlamak için G3 Analog Sinyal Üreteci'nde çok aşamalı anahtarlar kullanılmıştır. ON / OFF oranını 100 dB'ye ve puls genişliğini 10 ns'ye, tipik bir yükselme / düşme süresi ise yaklaşık 2 ila 3 ns'ye başardık. Şekil 4, sırasıyla 10 ve 50 GHz'de 30 ns genişliğinde iki böyle puls gösterilmektedir.
Şekil 4. 30 ns genişliğinde 10 GHz ve 50 GHz darbeler
Hızlı anahtarlama
G3 Analog Sinyal Üreteci, gelişmiş tasarım mimarisi ile frekans çevikliği için de optimize edilmiştir ve tipik olarak 15 μs'lik en iyi anahtarlama hızını (analog sinyal üretecileri arasında) elde eder. Bu hızlı anahtarlama hızı, özellikle otomatik test ekipmanları (ATE) sistemlerinde anlam kazanmaktadır, çünkü daha hızlı anahtarlama, doğrulama sürecini önemli ölçüde hızlandırabilir. G3 Analog Sinyal Üreteci, faz gürültüsü ve yan sinyal seviyeleri ile anahtarlama hızı arasındaki ticaret dengesini aşmayı başaran ilk model olarak öne çıkar ve her iki alanda da eşsiz performans sunar.
Çok frekans çevikliği gösteren üreteçler için bir başka önemli uygulama, hızlı adımla radar pulsları veya hızlı frekans sıçramalı sinyallerin üretilmesidir. Dahası, dahili faz uyumu ve isteğe bağlı faz bellek özelliklerine sahip çok kanallı G3 Analog Sinyal Üreteci, radar ve beamforming testi için kullanılan anten dizileri için çoklu akış sinyalleri üretmek amacıyla maliyet açısından verimli bir şekilde kullanılabilir.
Faz uyumu ve faz bellek
Çok kanallı G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5022A), güçlü faz uyumu ve benzersiz faz uyumlu anahtarlama özelliklerine sahiptir. Dijital sinyal sentezi için tüm kanallarda ortak, stabil ve doğru bir frekans referansının kullanılması, faz uyumunun temeli iken, dikkatlice tasarlanmış termal-mekanik yapı, tüm kanallar için benzer ortam koşullarını sağlayarak ve buna bağlı olarak benzer kanal sürünme davranışı göstererek faz uyumu seviyesini daha da yükseltir. Dahası, çoklu cihazlar arasında özel yüksek frekanslı senkronizasyon mekanizması ile faz uyumu özelliklerini gerçek çok kanallı sistemlere genişletir.
Şekil 5, G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5022A) için ölçülen faz uyumunu göstermektedir. G3 Analog Sinyal Üreteci cihazının iki kanalını aynı 38 GHz frekansına ayarladığında, 10 saatlik bir süre boyunca 1 derece (RMS) kadar bir relatif faz farkı değişimi ölçülebilir. Aynı ölçüm, iki farklı ve senkronize edilmiş G3 Analog Sinyal Üreteci cihazı kullanılarak yapıldığında, çok benzer bir faz uyumu davranışı gözlemlenebilir.
Şekil 5. Kanaldan kanala faz farkı değişimi 38 GHz'de ve 10 saat boyunca
G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5022A) temel cihazlarında yerleşik olan faz uyumu özelliğine ek olarak, G3 Analog Sinyal Üreteci platformu, benzersiz bir faz uyumlu anahtarlama fonksiyonu da içerir. Bu isteğe bağlı özellik (PHS seçeneği) ile G3 Analog Sinyal Üreteci, sinyal frekanslarına bağlı olarak birden fazla kanal arasındaki relatif faz takımyıldızlarını hafızasında tutabilir. Hafıza fonksiyonu, sinyal kanalları kapatılıp tekrar açıldığında bile etkili olmaya devam eder. Şekil 6'da, belirli bir frekansta kanallar arasındaki relatif faz takımyıldızı, kanal frekansları değişse bile her zaman aynı kalır. Diğer bir deyişle, faz uyumlu anahtarlama veya faz hafızası, birden fazla kanal arasında deterministik ve tekrarlanabilir faz ilişkileri sağlar.
Şekil 6. G3 Analog Sinyal Jeneratörü (AP5022A) ile faz uyumlu anahtarlama
Faz uyumu ve faz uyumlu anahtarlama, birden fazla uygulamanın mümkün olmasını sağlayan özelliklerdir. Anten dizisi tabanlı radar ve akıllı beamforming test sistemlerinde, bu özellikler sistemlerin önemli açı bilgilerini hatırlamasına olanak tanır. Kuantum hesaplama enstrümantasyon sistemlerinde ise, bu özellikler tutarlı qubit durumlarının oluşturulması, faz uyumlu qubit manipülasyon sinyallerinin üretilmesi ve sistem kalibrasyon gereksinimlerinin azaltılması için hayati öneme sahiptir, böylece sistem gecikmesini kısaltır.
Maliyet etkin ve öncü performans
Piyasada ticari olarak mevcut olan diğer analog sinyal üretecileri ile karşılaştırıldığında, G3 Analog Sinyal Üreteci serisinin faz gürültüsü, spektral saflık, puls ON / OFF oranı ve anahtarlama hızı gibi performans özellikleri, genellikle yüksek fiyat sınıfındaki enstrümanların karakteristikleridir. Keysight, yüksek maliyetli ve erken aşama bileşenler kullanmaktan kaçınmakta ve bunun yerine sofistike devre tasarımı uygular, ürün mimarisini modüler tutarak düşük yedekliliğe sahip enstrümanlar sunar.
Uygulamalar
Sağladığı özellikler ve performans seviyeleriyle, G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5022A) birden fazla uygulamada kullanılabilir:
- RF ve mikrodalga bileşen testi
- LO (Local Oscillator) yerine koyma
- Alıcı engelleme testi
- ADC (Analog-Dijital Çevirici) karakterizasyonu
- Enstrüman ve sistem kalibrasyonu"**
Özellikle, çok kanallı faz uyumlu G3 Analog Sinyal Üreteçleri şunlar için uygundur:
- Çok kanallı ve/veya MIMO alıcı testi
- Yüksek hassasiyetli intermodülasyon testi
- Kuantum hesaplamada qubit manipülasyon sinyallerinin üretilmesi
- Yüksek verimli otomatik testler
- Akıllı anten ve beamforming testi
- Radar ve Elektronik Savaş (EW) testi
Sonuç
Keysight'ın G3 Analog Sinyal Üreteci, piyasadaki ilk sinyal kaynaklarıdır ve dikkat çekici bir özellik kombinasyonu sunar: ultra düşük faz gürültüsü, hızlı frekans ve genlik anahtarlama, çok düşük harmonikler ve yan sinyaller, temiz puls modülasyonu, kompakt tasarım, düşük güç tüketimi ve yine uygun fiyat seviyesi. Yenilikçi tasarımı sayesinde, cihaz hem ana güç kaynağından hem de sahada harici bir güç bankasından çalıştırılabilir.
G3 Analog Sinyal Üreteci (AP5022A), çok kanallı faz uyumlu sinyaller üretmek için kompakt ve yüksek performanslı bir çözüm sunar. Birden fazla G3 Analog Sinyal Üreteci, özel bir yüksek frekanslı saat mekanizması ile senkronize edilerek, kullanıcıların kanal sayısı ve RF ile mikrodalga frekans bantlarıyla ilgili özel ihtiyaçlarına göre kurulumlarını özelleştirmelerine olanak tanır. Aynı zamanda, kullanıcılar güçlü faz uyumunu ve benzersiz faz hafızasını koruyabilirler.
