Mesure de facteur de bruit sur analyseur de réseaux vectoriel corrigée en Paramètres-S. Frédéric Molina

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Aline Leroy
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2 Agenda Rappe : qu est-ce que e facteur de bruit d un composant? éthodes et setup de mesure Etapes de caibrage Erreurs typiques et incertitudes de mesure 2

3 Agenda Rappe : qu est-ce que e facteur de bruit d un composant? éthodes et setup de mesure Etapes de caibrage Erreurs typiques et incertitudes de mesure 3

4 Noise Figure Définition Définition: Le facteur de bruit (NF) est a dégradation du rapport signa à bruit (SNR) à intérieur d une chaîne de transmission. Le NF peut être défini comme e ratio du SNR à a sortie du dispositif par rapport au SNR en entrée de ceui-ci : NF = SNR Input NF db = 10 og SNR Input SNR Output SNR Output 4

Le NF peut être défini comme e ratio du SNR à a sortie du dispositif par rapport

5 Noise Figure Définition S in S out G a N a N in N out G a S N in in + G a S N out out N a Ga+Na 5

6 Noise Figure - Formues NF= SNRinput SNRoutput NF= Sinput Soutput Noutput Ninput NF= 1 Ga Ga*k*T0*B+ Na k*t0*b Bruit ajouté par e composant Gain du composant Bruit à entrée du composant T0 : température B : bande passante (Hz) K : constante de Botzmann = 1,38 * J*K -1 6

composant Gain du composant Bruit à entrée du composant T0 :

7 Agenda Rappe : qu est-ce que e facteur de bruit d un composant? éthodes et setup de mesure Etapes de caibrage Erreurs typiques et incertitudes de mesure 7

8 éthodes de mesure (1) 1) Noise Figure eter: noise figure meter DUT noise-meas.-equip. input noise is known Précise, permet de mesurer de faibe vaeur de NF, équipements coûteux et imités en fréquence. 2) Power ethod: NF P out 1. esure du gain 2. esure P out 3. Cacue de NF ( dbm og( B) G) Hz Vaabe pour de fortes vaeurs de NF, e pancher de bruit de anayseur doit être bas 8

imités en fréquence. 2) Power ethod: NF P out 1. esure du gain 2. esure P out 3.

9 éthodes de mesure (2) 3) Y-Factor ethod: Permet de mesurer toute vaeur de NF Une source de bruit connue doit être commutée entre deux vaeurs de température connues La source de bruit a un niveau de sortie caibré, représenté par Excess Noise Ratio on off ENR 10og[( Ts Ts ) / T0 ] Les vaeurs de ENR sont fournies avec a source et sont vaides à T 0 = 290K ENR est vaide pour T 50 ohms Connexion entre Source & DUT La précision est dégradée de manière significative BIAS contro Bias Input 28 V DC Avaanche Diode atching Pad -16 db Noise Output ENR typ. 15 db equiv K 9

vaeurs de ENR sont fournies avec a source et sont vaides à T 0 = 290K ENR est vaide pour T 0 @ 50 ohms Connexion entre Source & DUT La

10 éthode de mesure sur anayseur de réseau vectorie (Option ZVA-K30) esure sans source de bruit : utiisation du bruit du générateur esure du signa à aide de deux détecteurs: RS et AVG Détecteur RS : signa + noise Détecteur AVG : signa seu Utiisation d un fitre arge bande de 5Hz, afin de pouvoir mesurer e bruit 10

deux détecteurs: RS et AVG Détecteur RS : signa + noise Détecteur AVG : signa

11 éthode de mesure sur anayseur de réseau vectorie (Option ZVA-K30) ampitude Signa + Noise Détecteur RS P ˆ RS P signa noise ampitude Signa Détecteur AVG PAVG ˆ P signa time Signa + Noise time Signa 10 = (S+N)-S Noise ampitude time 11

40 30 20 10-10 0 Signa Détecteur AVG PAVG ˆ P signa -20-20 -30-40 time

12 éthode de mesure sur anayseur de réseau vectorie (Option ZVA-K30) Détecteur RS (Root-ean-Square): U 2 RS * u i i1 Détecteur AVG (average) : 1 Le détecteur RS retourne a vaeur de : Signa + Noise U 1 Le détecteur AVG retourne a vaeur de : AVG * u i i1 Signa uniquement! a vaeur moyenne du bruit est nue! 12

détecteur RS retourne a vaeur de : Signa + Noise U 1 Le détecteur AVG

13 esure de NF avec ZVA-K30.. un peu de aths Hypothèse: Après conversion, fitrage et numérisation, e signa peut être décrit comme x s n i i avec s n i ampitude compexe de a porteuse bruit 13

14 esure de NF avec ZVA-K30. un peu de aths Échantions à a sortie de chaque détecteur: RS x RS s ni s i1 i1 i1 2 n i sni s ni AVG x AVG i1 2 s n i s ni sni s ni i1 i1 La différence: x 1 ni RS xavg ni i1 i1 2 Vaeur AVG du bruit 14

1 2 2 1 1 RS s ni s i1 i1 i1 2 n i sni s ni AVG x AVG 2 2 2 1 1

15 Infuence du temps de mesure (par point) measurement uncertainty interva for 95% conficence interva T eas / T Sampe measurement uncertainty / db Exempe: T eas 40ms detector meas. time / s P uncertaint y db 15

/ T Sampe measurement uncertainty / db 0.1 0.05 0-0.05-0.

16 éthode de mesure sur anayseur de réseau vectorie (Option ZVA-K30) Cacu de a puissance du signa: (1) Signa Power: P AVG U R 2 AVG P signa (2) Signa + Noise Power: P RS U 2 RS R P signanoise (3) Noise Power: P noise P signanoise P signa 1 R* * ui ui i1 i 1 : RS : AVG 16

signa (2) Signa + Noise Power: P RS U 2 RS R P signanoise (3) Noise

17 éthode de mesure sur anayseur de réseau vectorie (Option ZVA-K30) Cacu du facteur de bruit: NF DUT 10og SNR SNR input output NF P signa P input signaoutput 10og 10og P noise P input noiseoutput : CAL data : NF meas 17

SNR SNR input output NF P signa P input signaoutput

18 Setups de mesure (F < 24GHz) Architecture interne du ZVA : Setup de mesure SANS préampificateur composants avec un gain éevé Setup de mesure AVEC préampificateur composants avec faibe gain et/ou faibe NF S Out R In Port 1 S R Port 2 Out In Preamp IN DUT OUT 18

Setup de mesure AVEC préampificateur composants avec faibe gain

19 Agenda Rappe : qu est-ce que e facteur de bruit d un composant? éthodes et setups de mesure Etapes de caibrage Erreurs typiques et incertitudes de mesure 19

20 Étapes de caibrage Caibrage en puissance nécessaire car a méthode est basée sur une mesure de puissance Caibrage du bruit nécessaire pour pouvoir extraire e résutat du system mode NF DUT Caibrage en Paramètres-S afin de tenir compte des désadaptations en entrée et en sortie du composant Tous es ééments utiisés pour a mesure doivent être pris en compte pendant e caibrage 20

Caibrage en Paramètres-S afin de tenir compte des désadaptations en entrée et en sortie du

21 Caibrage en puissance (source et récepteurs) 1. Caibrage du générateur (a-wave) Le pré-ampi et es atténuateurs doivent être pris en compte ors du caibrage en puissance! 2. Caibrage du récepteur (b-wave) à partir du générateur caibré 21

22 Caibrage du bruit du récepteur Step Att. S R Port 1 Out In Port 1 Ref. Pane Port 2 Ref. Pane S R Port 2 Out In Att. atch Preamp Le pancher de bruit du récepteur est mesuré avec une charge connectée au niveau du pan de référence du port 2 On considère que a charge génère une puissance de bruit de 290K La différence entre cette puissance de bruit et e pancher de bruit du récepteur est e bruit ajouté du récepteur ( receiver noise figure ) 22

23 Caibrage du bruit de a source Le bruit ajouté de a source est mesuré Pour compenser e gain du pré-ampi, un atténuateur peut être inséré Ainsi e bruit du générateur au niveau du pan de référence du port 1 est connu 23

24 esure des atténuateurs Un atténuateur additionne est nécessaire afin de compenser e gain de objet sous test et éviter toute saturation, i doit être déterminé L utiisation de atténuateur interne permet d effectuer cette étape automatiquement L utiisation d atténuateur externe nécessite une intervention manuee suppémentaire 24

25 Caibrage en paramètres-s : Fu 2 Ports (TOS) Setup SANS préampificateur Pan de caibrage : Open Short atch Through Setup AVEC préampificateurs La puissance doit être réduite sur e port 2 pour e caibrage avec es Open et Short (réfexion totae ampifiée par e pré-amp) 25

26 Résutats de mesure >1dB 0.5dB Sans caibrage Avec caibrage 26

27 Agenda Rappe : qu est-ce que e facteur de bruit d un composant? éthodes de mesure Choix du setup Etapes de caibrage Erreurs typiques et incertitudes de mesure 27

28 Erreurs typiques : Interférence extérieure 28

29 Erreurs typiques : Gain du DUT trop faibe 29

30 Erreurs typiques : Gain du DUT trop faibe - Ajout d un préampificateur 30

31 Erreurs typiques : Eément de a chaine de mesure en compression Lors de a mesure de facteur de bruit, aucun éément de a chaine de mesure ne doit être en compression (DUT préampificateur récepteur de mesure) esure OK Compression de 1 db 31

32 Comment déterminer incertitude de mesure? La précision de mesure dépends principaement: - de a précision du caibrage en puissance (précision de a sonde de puissance utiisée) - du facteur de bruit du récepteur - du gain du système (DUT + Préampificateur) - de adaptation des ports en entrée et sortie Grâce à outis Noise Figure Estimation, i est facie de déterminer es incertitudes de mesure : 32

33 esure de NF avec ZVA-K30 Comparaison 3.1 Comparison of Noise Figure Resuts FSUP26 and ZVA40 Hittite ampifier: 8..11GHz with typ. Gain=32dB and typ. NF=2.1dB easured NF [db] easured Gain [db] Frequency [GHz] 0 NF measured with Spectrum Anayzer Gain measured with Spectrum Anayzer NF measured with ZVA40 Gain measured with ZVA40 *easurement Toerance of 0.2dB given by ENR specification 33

34 esure de NF avec ZVA et ZVA-K30 Concusion esure de NF jusqu à 67GHz corrigés en paramètres-s Reproductibiité des mesures Précision de mesure accrue: Pas de Source de Bruit : pas de contribution d erreur! Pas de Tuner d impédance : pas de contribution d erreur! esures de paramètres S et de facteur de bruit en paraèe esures automatisabe grâce à utiisation d un préampificateur commutabe 34

35 erci de votre attention Pour pus de détais, vous pouvez consuter a note d appication : 1EZ61_2E.pdf 35

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