射频电路测试原理_第七讲_信号发生器原理_清华大学_62页.pdf

射频电路测试原理第七讲信号发生器原理guolinli射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期2参考文献?Agilent资料?The Science of Timekeeping,HP Application Note 1289?袁越智等，高频、微波信号源及其稳定，中国计量出版社，1992?Ulrich L.Rohde,David P.Newkirk,RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications,John Wiley&Sons,2000?刘光祜，张玉兴译，无线应用射频微波电路设计，电子工业出版社，2004射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期3目录?通过对信号发生器工作性能的讨论，尤其是相位噪声产生的机制，理解信号发生器的各种性能指标的定义及其对测试的影响?概述?连续波信号发生器 Continue Wave，CW?扫频信号发生器 Swept?调制信号发生器 modulation?信源指标对测试影响的分析例射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期4一、概述：分类?按输出波形分类?正弦信号发生器?函数发生器?脉冲信号发生器?其他：伪随机、噪声、?正弦信号发生器?按频段分类?射频信号发生器：kHz-3GHz?微波信号发生器：3GHz-30GHz?按频率产生和综合方法分类?直接频率合成法：DS?间接频率合成法（锁相环频率合成法）?直接数字频率合成法：DDS?按输出频率调节方式分类?连续波信号发生器：Continue Wave,CW?扫频信号发生器：Swept?调制信号发生器射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期5工作性能（一）?频率特性?有效频率范围?所有其他指标都得以保证的频率范围?分辨力?频率准确度?实际输出频率和标度频率的误差：10-6-10-2?频率稳定度?描述信号源输出频率的随机波动和漂移特性?时域描述：阿伦方差?频域描述：相位噪声?频谱纯度?相位噪声，谐波、杂波：-50dBc%10000=fff射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期6频谱纯度 ()dBc相对幅度 0 20 40 60 80 100 120 选定频率 谐波 相位噪声 组合频率干扰射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期7工作性能（二）?输出特性?输出功率或输出电平?调节范围可达107以上?输出电平稳定度和平坦度?稳定度?输出电平随时间的变化：0.1dB/min;0.3dB/3h?平坦度?有效频率范围内，调节频率时幅度随频率的变化?为了保证信号发生器输出信号的电平稳定度和平坦度，信号源输出往往都有自动电平控制（Automatic Level Control,ALC）电路，可保证平坦度在1dB以内?输出电平准确度：3%?输出阻抗：50，驻波比1.2射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期8工作性能（三）?调制特性?调制类型?模拟调制、数字调制?调幅、调角?调制信号频率范围?调制指数?有效范围：调幅波调制指数，调频波频偏?准确度：误差小于30dB）、非谐波寄生信号（40dB）射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期38扫频特性timef2t2f1?ramp sweepaccuracysweep timefrequencyt1t4t3t1t2f4?step sweepaccuracynumber of pointsswitching timef3f1fref2quency射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期39输出特性?输出功率：准确度?稳幅性能：平坦度?输出匹配：SWRlevel accuracy specpowerflatness specf1f2frequency射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期40扫幅方式?Power Sweep?Power Sweep Range?Power Slope Range?Source Match(SWR)powerP2P1power sweep ranget1t2射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期41?Frequency Accuracy?Output Power(Level)Accuracy?Flatness?Speed?residual FM频响特性测试?当测试器件的频响特性时，如下指标是重要的?指标效能?频率准确度DUT器件的中心频率?输出功率增益/衰减?平坦度频响特性?响应速度测试成本?残余调频测试高Q器件的能力Sweeper InputLO射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期42频响特性测试Center 2 450.212 MHzSpan 1 099.577 MHz11356BW:429.600 MHzCF:2405.782 MHzQ:5.60Loss:-0.84 dB1:TransmissionLog Mag5.0 dB/Ref-15.00 dB-35-30-25-20-10-505AbsdB Ch1射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期43幅度扫描测试1dB功率压缩点.?The 1 dB compression point is a common amplifier specification used to identify the linear operating range of an amplifier.Power sweep is available on some sourcesPower InPower Out1 dB compressionpointLO射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期443.2 调谐电路?2GHz以下的扫频信号发生器常采用变容管调谐振荡器（Varactor Tuned Oscillator）?电容三点式振荡器最为常见?YIG调谐振荡器是固态扫频信号发生器中最常见的微波振荡器?YIG：Yttrium Iron Garnet:钇铁石榴石?YIG调谐振荡器（YIG Tuned Oscillator）工作频率范围可达50GHz：210GHz、818GHz、1020GHz、2040GHz射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期45YIG调谐振荡器?YIG小球通过耦合环与高频电路耦合?带耦合环的YIG小球等效为一个高Q值的并联谐振回路（无载Q值可达1000-8000）?高Q谐振回路和负阻有源电路构成振荡器?负阻：耿氏二极管，正反馈FET、BJT、2-8GHz,6-18GHz,20-40GHz2-8GHz14-24GHzOeMHzHf,0,08.2=射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期46四、调制信号发生器?调制是将基带信息负荷于载波的实现方式()()()()+=tdttftAtVt02cos?调制类型?模拟（AM、FM、PM、Pulse）?数字（IQ，矢量信号）?特殊调制（TDMA、CDMA、etc.）Agilent ESG family?250 KHz-4 GHz?AM/FM/Phase/Pulse?Digital/I-Q Mod?GSM,CDMA,DECT.Agilent 8360B family?10 MHz-50 GHz?AM/FM/Pulse?110 GHz with ext.module射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期47调幅VoltageTimeCarrierModulation?调制信号?载波信号?调制指数()()ttVVVcmcAMcos+=()()ttmVttVVVcaCccAMcoscos1 coscos+=+=射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期48()+=12 mBW?载波信号?调制信号?调制指数：最大频偏调角()()()()()()()()()()0000000000000000cos2cos cos2cos 2coscossin2cos sin22cos 22cos 2coscos+=+=+=+=+=+=+=tmtfVtVKtfVtVKtfVtVVtmtfVtVKtfVdttVKtfVdttVKfVtVVpcpcmpccPMfcfctmfctmfccFMVoltageTime射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期49Pulse Modulation:A pulsed RF signal is periodic in that is has two distinct and recurring states;the on state provides a stable medium or high power signal,the off state has much reduced signal strength(ideally no signal is present in the off state).脉冲调制?Rise Time?PIN Switch:1ns?Pulse Repetition Frequency?Pulse Width?Duty Factor?On/Off Isolation?Amplifier(turned on by changing the bias on the output terminal:drain,FET:0V,VDD)?60dBTimeOn/Off ratioRisetimeTRate=1/TPulseWidthPowert1/t1/TPower射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期50()dBmdBmpowerpulsepeakMHzkHzcycleDutyslobewidthwidthpulsedBmpowerlobemainMHzwidthlobesPRFperiodpulsedlinesspectralthebetweenspacingthekHzPRF2205.0log2048 05.01/50 1/1 48 1 20/1 50=RBW=3MHz Span=0Video filter:off-20dBmRBW=30kHzSpan=1MHz/DIVRBW=10kHz SPAN=500kHz/DIV射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期51数字调制ASKFSK PSK射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期52调制信号发生器构成IQ Modulatormodulation qualityBaseband Generatormodulation qualityadjacent channel performancesupported modulation formatsreference section(supplies timing)to output section射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期53基带信号产生DACDACPattern RAMConstellation Map and Baseband FiltersTimingDataData ClockSymbol ClockFrom CPUIQAnalog Reconstruction Filters射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期54IQ调制器/2DACfrom synthesizer sectionI from Baseband GeneratorDACExt Ito output sectionExt QQ from Baseband Generator射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期55五、信源指标对测试的影响?几个例子?相位噪声的影响?杂波的影响?频率准确度的影响?幅度准确度的影响?临道功率的影响射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期56发射机的临近波道干扰测试IF signaltransmitter outputpoor phase noise spreads energy into adjacent channelspoor frequency accuracy will cause transmitter to be at the wrong frequencyDUT射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期57接收机的杂散抑制测试IF signalin-channel signal(modulated signal)out-of-channel signal(CW or modulated signal)DUTIF Rejection CurveFrequencyLevel(dBm)spur from source and/or high levels of phase noise can cause a good receiver to failsource outputspur=Pinterferer-Ptest射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期58放大器的三阶交调失真测试f2f1fU=2f2-f1fL=2f1-f2spurious signals from source can corrupt measurementfrequencytest system third order products will also fall hereoutput RFisolatorf1f2DUTIntermodulation Distortionamplitude射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期59接收机灵敏度测试Want to measuresensitivity in a channelMeasurement impaired by frequency inaccuracyfrequency inaccuracyamplitude inaccuracyinput for signal generatorDUT射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期60接收机灵敏度测试Customer is testing a-110 dBm sensitivity pager:X=Failed unitPower Out-110 dB specificationCase 1:Source has+/-5 dB ofoutput power accuracy at-100 to-120 dBm output power.Set source to-115 dBmActual output power=-114 dBmXXXXXOO=Passed unitPower Out-110 dB specificationSet source to-111 dBmActual output power=-112 dBmXXO OOOFrequencyFrequencyCase 2:Source has+/-1 dB ofoutput power accuracy at-100 to-120 dBm output power.射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期61频谱再生测试DUTOutput from amplifierInput from signal generator射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期62练习题?某信源输出驻波比指标为1.2，假设信源输出阻抗为纯阻，求其输出阻抗的范围。?试分析PLL对于参考源噪声而言是个低通网络，对于VCO噪声而言是个高通网络。?假设某振荡器的相位频谱如图所示，根据Leeson相位噪声模型，确认低QL还是高QL情况？()+=+=1212121202203,20,mcLmLmcismcismLmoffQffQfffPFkTffPFkTfQffS