Mesure de la gigue et du PSNR induits par l'alimentation dans les oscillateurs et les horloges à faible gigue

Votre tâche

Les systèmes réseau modernes à haut débit nécessitent des oscillateurs et des horloges à faible gigue (100 fs ou mieux). Les valeurs de gigue pour de tels composants sont généralement spécifiées pour une gamme d'intégration de 12 kHz à 20 MHz. Elles sont généralement mesurées dans des conditions de rail d'alimentation idéales. Même si des rails d'alimentation propres donnent la meilleure valeur de gigue, un appareil devra toujours fournir la performance de gigue requise en présence de perturbations du rail d'alimentation dans la globalité du système. La réjection de gigue induite par l'alimentation pour les fréquences de la ligne d'alimentation, ainsi que pour les fréquences de commutation dans les convertisseurs DC/DC et les harmoniques, est généralement mesurée de 50 Hz à quelques MHz. A des fins de test, une perturbation sinusoïdale est générée et superposée sur la tension DC du rail d'alimentation à la magnitude requise. Le bruit de phase résultant (en dBm), relatif au niveau de tension de la perturbation artificielle du rail d'alimentation (en dBm) est égale au PSNR à ce point de fréquence. La mesure est généralement réalisée en plusieurs points de fréquence afin d'analyser le PSNR sur la gamme de fréquence mentionnée précédemment.

Les analyseurs de bruit de phase Rohde & Schwarz ont une sensibilité inégalée, en faisant les instruments de choix pour la mesure du bruit de phase et de la gigue dans des dispositifs à faible gigue. La génération d'une perturbation sinusoïdale et les mesures de tension de la perturbation sur le rail d'alimentation peuvent facilement être réalisées à l'aide d'un oscilloscope doté d'un générateur de fonctions intégré et d'une sonde de rail d'alimentation dédiée.

Solution Rohde & Schwarz

Les mesures de la gigue d'un oscillateur ou d'une horloge et de la performance PSNR implique généralement :

• Une mesure de référence
  La mesure du bruit de phase et de la gigue sans qu'une perturbation du rail d'alimentation ne soit utilisée, afin de déterminer la performance de référence du dispositif sous test dans des conditions idéales (gamme d'intégration typique de la gigue de 12 kHz à 20 MHz)
• Mesure du PSNR
  Injection : des perturbations sinusoïdales sont injectées à différents points de fréquence pour identifier la gigue et le bruit de phase induits par l'alimentation (gamme de mesure typique du PSNR de 50 Hz à 5 MHz)
  Calcul : le PSNR est calculé à chaque injection de fréquence comme étant le rapport entre la l'impulsion du bruit de phase résultante (en dBm) et la tension de perturbation appliquée au rail d'alimentation (en dBm)

Mesure du bruit de phase

L'analyseur de bruit de phase R&S®FSWP fournit la meilleure sensibilité de gigue et de bruit de phase de l'industrie. L'ajout ultérieur de l'option R&S®FSWP-B60 ou R&S®FSWP-B61 améliore la sensibilité grâce à la corrélation croisée. L'indicateur de gain de corrélation croisée affiché indique la contribution du bruit de phase de l'instrument et visualise la marge par rapport à la trace mesurée du bruit de phase. Le R&S®FSWP peut être configuré pour mesurer la gigue du dispositif sous test dans une gamme d'intégration définie par l'utilisateur. L'exemple indique la gamme typique de 12 kHz à 20 MHz pour des composants de synchronisation au sein de systèmes de communication haut débit. L'analyse puissante de l'impulsion avec l'analyseur de bruit de phase décrit les impulsions qui résultent de l'injection des perturbations sinusoïdales sur le rail d'alimentation. Le mode "max. hold" de l'instrument permet échelonnement de la fréquence de perturbation injectée sur la gamme de fréquence souhaitée. Les impulsions résultantes et leurs valeurs de décalage, de niveau et de gigue sont également affichées, permettant ainsi une analyse confortable des résultats du PSNR.

Génération et mesure de perturbations sinusoïdales

L'option R&S®RTO-B6 de l'oscilloscope R&S®RTO2000 fournit un générateur de formes d'ondes intégré avec des modes générateur de fonctions, modulation, balayage et configuration arbitraire. Dans l'exemple, un signal sinusoïdal généré à 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz, 100 kHz et 300 kHz est appliqué au rail d'alimentation du dispositif sous test en utilisant un injecteur Picotest J2120A. La tension actuelle sur le rail est mesurée avec la sonde de rail d'alimentation R&S®RT-ZPR20. La sortie du générateur de fonctions est ajustée pour créer la perturbation 10 mV RMS (–27 dBm) souhaitée à chaque point de fréquence sur le rail d'alimentation. La R&S®RT-ZPR20 intègre un R&S®ProbeMeter pour mesurer précisément la tension du rail d'alimentation. Grâce à la compensation de décalage et au faible bruit inhérent de la sonde de rail d'alimentation, même les perturbations les plus petites peuvent être mesurées précisément en utilisant la pleine résolution de l'oscilloscope R&S®RTO2000.

Le mode haute définition optionnel R&S®RTO-K17 augmente la résolution jusqu'à 16 bits, améliorant d'autre part la précision de mesure.

Conclusion

L'association du R&S®FSWP et du R&S®RTO2000 équipé du générateur de formes d'ondes intégré optionnel R&S®RTO-B6, constituent une configuration compacte pour la mesure de la gigue et du bruit de phase induits par l'alimentation sur des oscillateurs et des horloges à faible gigue. La sonde de rail d'alimentation R&S®RT-ZPR20 et le mode haute définition R&S®RTO-K17 fournissent des mesures très précises des petites perturbations de rail d'alimentation. Les valeurs du PSNR peuvent être calculées à partir des niveaux d'impulsion dans le R&S®FSWP et du niveau de tension de la perturbation du rail d'alimentation.