Techniques avancées d analyse de signaux RF Olivier Laurent National Instruments, Ingénieur avant-vente RF
Qu est-ce qu un analyseur de signaux vectoriel (VSA)? Conversion du domaine temporel au domaine fréquentiel Amplitude (puissance) Mesures dans le domaine temporel Mesures dans le domaine fréquentiel
Architectures mono et multi-étages Conversion par abaissement de fréquence à un étage Conversion par abaissement de fréquence multi-étage ADC 1 étage = 1 mixer (PXIe-5663) Avantages - Vitesse de tuning - Design simple - Prix 3 étages = 3 mixers (PXIe-5665) Avantage - Rejection d image
Architecture modulaire - 5622 : numériseur 150 Méch./s sur 16 bits - 5603 : convertisseur abaisseur de fréquences 3 étages super hétérodyne de 20 Hz à 3,6 GHz - 5653 : oscillateur local hautes performances (bruit de phase)
NI PXIe-5665 Analyseur de signaux vectoriel hautes performances Fréquence de 20 Hz à 3,6 GHz Bruit de phase de -129 dbc/hz Plancher de bruit de -165 dbm/hz Point d interception d ordre 3 de +24 dbm Précision en amplitude de 0,1 db
Techniques d amélioration des mesures au VSA 1 2 3 Étalonnage a) Étalonnage du système, ton d étalonnage b) Égalisation d IF Dynamique et plancher de bruit a) Bande de résolution b) Filtres IF c) Bande passante instantanée d) Gain IF e) Pré-amplificateur f) Correction de bruit Vitesse a) Vitesse de tuning et bruit de phase b) Mode liste RF 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
Techniques d amélioration des mesures au VSA 1 2 3 Étalonnage a) Étalonnage du système, ton d étalonnage b) Égalisation d IF Dynamique et plancher de bruit a) Bande de résolution b) Filtres IF c) Bande passante instantanée d) Gain IF e) Pré-amplificateur f) Correction de bruit Vitesse a) Vitesse de tuning et bruit de phase b) Mode liste RF 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
Problématique : étalonnage Déviation en température Régularité d étalonnage Étalonnage individuel des modules Utilisation d instruments externes haute précision 1 2 3
a) Solution - étalonnage Tip #1 Étalonnage individuel des modules Étalonnés en usine pour une réponse en fréquence et amplitude très précise Réponse RF Compensation en fréquence et température Réponse IF Mesure de la réponse des filtres IF Livré avec certificat d étalonnage, assure la traçabilité (certificat NIST) Auto étalonnage Mesure de la source de référence (NI 5603) Compare les résultats aux valeurs stockées dans l EEPROM du NI 5603
Solution utilisation du ton d étalonnage Tip #1 Ton d étalonnage haute précision intégré pour mesurer la réponse du convertisseur abaisseur de fréquences Le driver NI RFSA combine les valeurs pour faire un étalonnage système Ton d ét. 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
b) Étalonnage avec égalisation Tip #2 Utilisé pour compenser la non linéarité des filtres (délai de groupe) Technique du délais d enveloppe Applique une information à une porteuse (modulée AM) et mesure de combien l information est retardée, en utilisant un détecteur de phase à la fréquence de modulation (612.5 MHz) Améliore les mesures d EVM
Amelioration de l EVM avec égalisation (WCDMA) Non égalisé égalisé
Techniques d amélioration des mesures au VSA 1 2 3 Étalonnage a) Étalonnage du système, Ton d étalonnage b) Égalisation d IF Dynamique et plancher de bruit a) Bande de résolution b) Filtres IF c) Bande passante instantanée d) Gain IF e) pré amplificateur f) Correction de bruit Vitesse a) Vitesse de tuning et Bruit de Phase b) Mode liste RF 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
a) Bande de résolution (RBW) Tip #3 Effet de la réduction de la bande de résolution: Améliore la résolution en fréquence (# de lignes spectrales) Abaisse le plancher de bruit Améliore la dynamique pour signaux bande étroite uniquement Augmente la durée d acquisition RBW=10kHz RBW=300kHz
b) Utilisation du filtre d IF approprié Tip #4 Certains VSAs intègrent plusieurs filtres d IF Direct Bande passante instantanée de 50 MHz Avantage temps de mesure Étroit (300 khz) - Bande passante de 300 khz Avantage améliore le plancher de bruit 50 MHz Filter 300 khz Filter f1 f2 FFT1 f3 FFT1 5603 RF In ADC FFT 5622 5653
c) Bande passante instantanée (IBW) Tip #5 Bande passante dans laquelle toutes les composantes fréquentielles peuvent être capturées et analysées simultanément Influence la vitesse de mesure Filtre d IF sélectionné en fonction de cette bande passante La bande de résolution (RBW) s applique après numérisation, la bande passante instantanée s applique en analogique (avant l ADC) IBW Span FFT1 FFT2 FFT3.. FFTN Temps total de la mesure
d) Optimisation du gain d IF Tip #6 Ajustement des atténuateurs/gains variables pour optimiser la dynamique de l ADC Applicable pour des filtres d IF à bande étroite (5MHz et 300kHz) Affecte le plancher de bruit mais pas la linéarité 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
Influence du gain d IF sur des tons adjacents 1 V cr. à cr. (16 bits) ADC Bande Passante Pas de gain IF 1V cr. à cr. (16 bits) ADC 1V cr. à cr. (16 bits) Gain IF appliqué ADC
Influence sur plancher de bruit et temps de mesure 5-6 db d amélioration du plancher de bruit avec filtre 300 khz + Gain IF Augmente considérablement le temps de mesure Permet une meilleure détection des tons adjacents
e) Utilisation du pré amplificateur optionnel Tip #7 NI 5603 inclus Un préampli. bypassable de 15dB avant le premier mixeur Un atténuateur mécanique réglable par pas Atténuateur statique (Solid state) réglable par pas Le préampli. de 15dB améliore le plancher de bruit 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
Pré-amplification Plancher de bruit moyen de -165 dbm/hz avec préamplificateur ON (RBW = 1Hz)
f) Correction du bruit Tip #8 1. Déconnexion de l entrée connexion à une terminaison 50 Ohm et mesure du plancher de bruit 2. Stockage des mesures en mémoire cache 3. Connexion de l entrée et mesure 4. Soustraction des valeurs stockées à celles mesurées pour obtenir la correction de bruit RF In Déconnexion Données avec correction de bruit RF In
Mesure d ACP avec correction de bruit Sans correction de bruit ~64 dbc ACPR Avec correction de bruit ~70 dbc ACPR Note: effectuer la correction de bruit à chaque changement de paramètre (fréquence, amplitude,..)
Techniques d amélioration des mesures au VSA 1 2 3 Étalonnage a) Étalonnage du système, Ton d étalonnage b) Égalisation d IF Dynamique et plancher de bruit a) Bande de résolution b) Filtres IF c) Bande passante instantanée d) Gain IF e) pré amplificateur f) Correction de bruit Vitesse a) Vitesse de tuning et Bruit de Phase b) Mode liste RF 5603 RF In ADC 5622 DDC/ FFT 5653
Temps de Tuning Tip #9 Mode Vitesse de Tuning (Pas de 1 GHz) Précision de fréquence Bruit de phase @ 10 khz Normal 9.3 ms 0.1 ppm -133 dbc/hz Accéléré 2.3 ms 1 ppm -130 dbc/hz
Mode liste RF Changement de configuration sans mode liste RF Cadencement logiciel Cadencement logiciel Appel logiciel Tuning Attente Appel logiciel Tuning Attente Temps Total Changement de configuration avec mode liste RF Cadencement matériel Cadencement matériel Appel logiciel Tuning Attente Tuning Attente Temps Total
Mode liste RF Tip #10 Un moyen de réduire les temps de test pour de grandes séries de mesures Sans mode liste Avec mode liste
DEMO - TECHNIQUES D AMÉLIORATION DES MESURES AU VSA
Résumé Les nouvelles techniques d étalonnage améliorent la précision en phase et amplitude La sélection du bon filtre d IF, avec ajustement du gain et correction du bruit peut grandement améliorer la dynamique et le plancher de bruit Les analyseurs RF modernes embarquent des technologies permettant l amélioration de la vitesse de mesure (mode liste RF et temps de tuning)
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