示波器的幅度精度和相位噪声--示波器的射频指标连载(3)

2016-09-30 08:10:12来源: eefocus

绝对幅度精度(Absolute amplitude accuracy)

        绝对幅度精度会影响到示波器对某个频点载波做功率测量时的准确度。对于示波器来说,绝对幅度精度指标 = DC幅度测量精度 + 幅频响应。因此需要两部分分别分析。

 

        DC幅度测量精度就是示波器里标称的双光标测量精度,又由DC增益误差和垂直分辨率两部分构成(如下图所示是Keysight公司S系列示波器的DC测量精度指标)。对于实时示波器来说,DC增益精度一般为满量程的2%,而分辨率与使用的ADC的位数有关,如果是10bit的ADC就相当于满量程的1/1024。由此计算得出实时示波器的DC幅度精度大约在±0.2dB左右。

 

        至于幅频响应,传统上宽带设备的幅频响应都不会特别好,但现代的高性能示波器在出厂时都会做频率响应的校准和补偿,使得其幅频响应曲线非常平坦。下图是Keysight公司8GHz带宽的S系列示波器的幅频响应曲线,可以看出其带内平坦度非常好,在7.5GHz以内的波动不超过±0.5dB。

 

        因此,综合下来,以S系列示波器为例,其在7.5GHz以内的绝对幅度测量精度可以控制在±1dB左右,这个指标和大部分中高档频谱仪的指标相当。而Keysight公司的V系列示波器更是可以在30GHz的范围内保证±0.5dB的绝对幅度精度,超过了大部分高档频谱仪的指标。

相位噪声(Phase Noise)

       测量仪器的相位噪声(Phase Noise)反映了测试一个纯净正弦波时的近端低频噪声的大小,在雷达等应用中会影响到对于慢目标识别时的多普率频移的分辨能力。相位噪声的频域积分就是时域抖动。对于示波器来说,相位噪声太差或者抖动太大会造成对于射频信号采样时产生额外的噪声从而恶化有效位数。

 

        传统的示波器不太注重采样时钟的抖动或者相位噪声,但随着示波器的采样率越来越高,以及为了提高射频测试的性能,现代的数字示波器如Keysight公司的S、V、Z等系列示波器都对时钟电路进行了优化,甚至采用了经典的微波信号源如E8267D里的时钟电路设计,使得示波器的相位噪声指标有了很大提升。

 

        如下图所示是S示波器在1GHz载波时的相位噪声曲线,测试中的RBW设置为750Hz,在偏离中心载波100kHz处的噪声能量约为-92dBm,归一化到单位Hz能量约为-120dBc/Hz,这已经超过了市面上大多数中档频谱仪的相噪指标。而更高性能的V系列示波器的相位噪声指标则可以做到约-130dBc/Hz @100KHz offset,这已经超过了市面上大部分中高档频谱仪的相应指标。

总结

        从前面的介绍可以看出,现代的高性能的实时示波器除了受ADC位数的限制造成谐波失真指标明显较差以外,其无杂散动态范围可以和中等档次的频谱仪相当,而底噪声、带内平坦度、绝对幅度精度、相位噪声等指标已经可以做到和中高档频谱仪类似。

 

        而且,为了满足射频测试的要求,现代的高性能示波器里除了传统的时域指标以外,也开始标注射频指标以适应射频用户的使用习惯。

关键字:示波器  幅度精度  相位噪声  射频指标

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016093017503.html
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