Medidas de fluctuación de fase inducida por fuentes de alimentación y PSNR en osciladores y relojes de baja fluctuación de fase

Su misión

Los sistemas de redes de alta velocidad modernos exigen osciladores y relojes con una fluctuación de fase baja (100 fs o mejor). Los valores de fluctuación de fase de este tipo de componentes se especifican generalmente para un rango de integración entre 12 kHz y 20 MHz. Por norma, se miden en condiciones ideales de la línea de alimentación. Si bien es cierto que las líneas de alimentación de alta pureza proporcionan el mejor valor de fluctuación de fase, un dispositivo debe aportar el rendimiento de fluctuación de fase requerido en presencia de perturbaciones en la línea de alimentación que afectan al sistema completo. La eliminación de la fluctuación de fase inducida por la fuente de alimentación en las frecuencias de las líneas de alimentación y las frecuencias de conmutación en convertidores CC/CC y armónicos se miden generalmente en el rango de 50 Hz a unos pocos MHz. Para realizar los test se genera una perturbación sinusoidal y se superpone a la tensión continua de la línea de alimentación con la magnitud requerida. La línea de ruido de fase resultante (en dBm) relativa al nivel de tensión de la perturbación artificial de la línea de alimentación (en dBm) equivale al valor de PSNR en el punto de frecuencia en cuestión. Generalmente, la medida se realiza en varios puntos de frecuencia para analizar el valor de PSNR a lo largo del rango de frecuencias indicado.

Los analizadores de ruido de fase de Rohde & Schwarz ofrecen una sensibilidad imbatible, que los convierte en los instrumentos por excelencia para medidas de ruido de fase y fluctuación de fase en dispositivos con fluctuación de fase baja. La generación de las perturbaciones sinusoidales y las medidas de perturbaciones en tensión en la línea de alimentación se pueden ejecutar con toda facilidad utilizando un osciloscopio con un generador de funciones integrado y una sonda específica para líneas de alimentación.

Solución Rohde & Schwarz

Las medidas de fluctuación de fase y rendimiento PSNR en un oscilador o reloj incluyen generalmente:

• Medida de línea de base
  Para determinar el rendimiento de línea de base del DUT en condiciones ideales (rango de integración de fluctuación de fase típico entre 12 kHz y 20 MHz) se utiliza la medida de ruido de fase y de fluctuación de fase sin perturbación de la línea de alimentación
• Medida de PSNR
  Inserción: se insertan perturbaciones sinusoidales en varios puntos de frecuencia para identificar el ruido de fase y la fluctuación de fase inducidos por la fuente de alimentación (rango de medida PSNR típico de 50 Hz a 5 MHz)
  Cálculo: el valor de PSNR se calcula en cada frecuencia de inserción como la relación entre la emisión no esencial de ruido de fase resultante (en dBm) y la tensión de perturbación aplicada a la línea de alimentación (en dBm)

Medida de ruido de fase

El analizador de ruido de fase R&S®FSWP proporciona una sensibilidad de ruido de fase y fluctuación de fase únicos en el mercado. Las opciones R&S®FSWP-B60 y R&S®FSWP-B61 permiten mejorar esta sensibilidad mediante correlación cruzada. El indicador de ganancia de correlación cruzada muestra la aportación de ruido de fase del instrumento y visualiza el margen en relación con la traza de ruido de fase medida. El R&S®FSWP se puede configurar para medir la fluctuación de fase del DUT dentro de un rango de integración definido por el usuario. En el ejemplo se muestra el rango de 12 kHz a 20 MHz típico para componentes de temporización en sistemas de comunicación de alta velocidad. El eficaz análisis de emisiones espurias del analizador de ruido de fase representa las emisiones espurias resultantes de la inserción de perturbaciones sinusoidales en la línea de alimentación. El modo de retención máxima (max. hold) del instrumento permite escalonar la frecuencia disturbadora insertada en todo el rango de frecuencias deseado. Se visualizan también las emisiones espurias resultantes y sus valores de desfase, nivel y fluctuación de fase, lo que facilita un cómodo análisis de los resultados de PSNR.

Generación y medida de perturbaciones sinusoidales

La opción R&S®RTO-B6 para el osciloscopio R&S®RTO2000 pone a disposición un generador de formas de onda interno con generador de funciones, modos de configuración de modulación, barrido y arbitrario. En el ejemplo se aplica una señal sinusoidal generada a 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz, 100 kHz y 300 kHz a la línea de alimentación del DUT utilizando un transformador de inserción Picotest J2120A. La tensión real en la línea se mide con la sonda Power Rail R&S®RT-ZPR20. La salida del generador de funciones se ajusta para crear la perturbación deseada de 10 mV de valor eficaz (–27 dBm) en cada punto de frecuencia de la línea de alimentación. El R&S®RT-ZPR20 posee un R&S®ProbeMeter integrado para realizar medidas de precisión de tensión CC en la línea de alimentación. Gracias a la compensación de offset de la sonda Power Rail y al bajo ruido propio, es posible medir hasta las más mínimas perturbaciones con precisión utilizando toda la resolución del osciloscopio R&S®RTO2000.

El modo de alta resolución de la opción R&S®RTO-K17 aumenta la resolución a hasta 16 bits, mejorando todavía más la exactitud de medida.

Resumen

El R&S®FSWP y el R&S®RTO2000 junto con la opción de generador de formas de onda interno R&S®RTO-B6 conforman un sistema de medida compacto para medir el ruido de fase y la fluctuación de fase inducidas por la fuente de alimentación en osciladores y relojes de fluctuación de fase baja. La sonda Power Rail R&S®RT-ZPR20 y la opción de alta resolución R&S®RTO-K17 permiten obtener medidas de alta precisión de pequeñas perturbaciones de la línea de alimentación. Los valores de PSNR se pueden calcular a partir de los niveles de emisiones espurias en el R&S®FSWP y del nivel de tensión de la perturbación de la línea de alimentación.