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1-2017

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Bild 3: Mit

Messtechnik Bild 3: Mit einer FFT kann man die Tendenz des Zeitfehlers in die Frequenzebene umrechnen fall. Man stellt den Algorithmus auf die Nominalfrequenz und Nominalphase des Signals ein, basierend auf jedem Datenerfassungszyklus. Die Messung des Zeitfehlers (TIE, Time Interval Error) mit einem Oszilloskop liefert eine Reihe von Zeitwerten, deren jeder den Zeitfehler einer Signalflanke in Bezug auf den idealen Takt angibt. Durch Multiplikation mit 2*πf c rechnet man Zeit ins Bogenmaß um; f c ist hierbei die Taktfrequenz. Mit einer FFT kann man die Tendenz des Zeitfehlers in die Frequenzebene umrechnen. Auf diese Weise ergibt sich ein Jitterspektrum. Viele moderne Oszilloskope haben eine solche Funktion bereits eingebaut, oder sie ist als Option nachrüstbar (siehe Bild 3). Für eine klare Darstellung der Spektraldichte des gemessenen Phasenrauschens muss man das Jitterspektrum mehrere Male messen und dann Mittelwerte aus den Einzelmessungen bilden. Bei der Messmethode über das Jitterspektrum entspricht der maximal mögliche Frequenzabstand (f φ_max ) der Trägerfrequenz (wenn man die Zeitfehler sowohl der ansteigenden, als auch der abfallenden Flanke misst). Der minimale Frequenzabstand (f φ_min ) ergibt sich gesetzmäßig aus der Erfassungsdauer. Keine gemessene Frequenz kann niedriger liegen als der Kehrwert der Zeit zwischen der ersten erfassten Flanke und der letzten. Genau hierin liegt eine Herausforderung bei der Messung des Phasenrauschens mit einem Echtzeitoszilloskop: Für eine hohe zeitliche Auflösung braucht man eine hohe Abtastfrequenz. Damit man aber auch gleichzeitig niedrige Frequenzen messen kann, braucht man eine lange Erfassungsdauer, somit auch einen möglichst großen Speicher. Beispiel: Abtastfrequenz = 80 GSa/s f φ_min = 100 Hz Erforderliche Speichertiefe = 800 MPts Nach der Erfassung muss jeder Datensatz nachbearbeitet werden: Man muss den Takt rückgewinnen, die zeitliche Position der Flanken im Vergleich zum rückgewonnenen Takt ermitteln und schließlich mittels Fouriertransformation das Jitterspektrum errechnen. Dann muss über viele Einzelmessungen gemittelt werden. Das Oszilloskop braucht hierfür eine große Speichertiefe und muss den großen Speicherinhalt auch schnell verarbeiten können. Nun hat man grundsätzlich die Messwerte einer Messung des Phasenrauschens. Man möchte diese Messwerte aber gern in dBc/Hz dargestellt haben, wie es bei solchen Messungen üblich ist. Weiterhin wird das Phasenrauschen normalerweise logarithmisch dargestellt, damit man das Rauschen bei kleinen Frequenzabständen besser beurteilen kann. Wenn wir die Zeitmessung so einstellen, dass die Ergebnisse in Bruchteilen von Sekunden angegeben werden (und nicht im Bogenmaß), erfolgt die Umrechnung in dBc nach der folgenden Gleichung: Man beachte, dass das nach der obigen Gleichung berechnete Phasenrauschen die Leistung zu beiden Seiten des Trägers enthält. Meist denkt man aber nur an das Phasenrauschen eines Seitenbands (SSB, Single Sideband). Es ist definiert als Rauschen auf einer Seite des Trägers und wird mit dem Symbol L bezeichnet. Man muss somit das obige Phasenrauschen halbieren L(f φ ) = 0,5*S φ (f φ ) und es weiterhin durch die Quadratwurzel der Auflösungsbandbreite des Jitterspektrums dividieren, wenn man auf 1 Hz Bandbreite normalisieren will. Bild 4: Messung eines hochreinen Sinussignals von 100 MHz mit einem Oszilloskop Keysight Infiniium DSAV334A einer Messapplikation namens „Infiniium Phase Noise“. 12 hf-praxis 1/2017

EINE DESIGNPLATTFORM – KEINE HINDERNISSE EINFACH INTELLIGENTER NI AWR DESIGN ENVIRONMENT Die Plattform NI AWR Design Environment integriert System-, Schaltungs- und elektromagnetische Analysen für das Design anspruchsvoller Wireless-Produkte, von Basisstationen über Mobiltelefone bis hin zur Satellitenkommunikation. Die intuitive Bedienoberfläche, bewährte Simulationstechnologien und die offene Architektur der Plattform, die Lösungen von Drittanbietern unterstützt, ermöglichen erfolgreiches Entwickeln ohne jedes Hindernis. Entwickeln Sie einfach intelligenter. Erfahren Sie mehr unter ni.com/awr Microwave Office | Visual System Simulator | Analog Office | AXIEM | Analyst ©2016 National Instruments. Alle Rechte vorbehalten. Analog Office, AXIEM, AWR, Microwave Office, National Instruments, NI und ni.com sind Marken von National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Marken oder Handelsmarken der jeweiligen Unternehmen.

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