СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2014

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2014 Погрешность измерений при анализе спектра Автор уже неоднократно поднимал озвученную тему в прессе. Его статьи, посвящённые динамическому диапазону и взаимосвязи скорости и воспроизводимости измерений, не остались незамеченными. Как утверждает автор, во многих случаях улучшение одного из этих параметров приводит к ухудшению двух других. Например, сокращение числа усреднений увеличивает скорость измерений, но ухудшает их воспроизводимость и, возможно, уменьшает динамический диапазон. В статье описывается точность измерений и её связь с динамическим диапазоном, скоростью и воспроизводимостью. Боб Нельсон, Agilent Technologies Т ЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ДЛЯ АНАЛИЗАТОРА СИГНАЛОВ Прежде чем приступить к описанию заявленной темы, следует обратиться к опубликованным техническим параме- трам анализаторов спектра, предостав- ленных их производителем. В частно- сти, рассмотрим характеристики ана- лизатора сигналов Agilent MXA N9020A. Техническое руководство для этого прибора можно загрузить по ссылке www.agilent.com/find/mxa_specifications. Этот документ содержит почти 400 страниц. Компания Agilent и дру- гие производители анализаторов сиг- налов тратят значительное время на получение высоких характеристик, а затем на их проверку при изготов- лении и калибровке средства измере- ния, чтобы гарантировать парамет- ры прибора. Если прибор не соответ- ствует заявленным гарантированным характеристиками, то он подлежит ремонту. Инженеры-испытатели обычно рассматривают в совокупности такие параметры, как время испытаний, динамический диапазон и погреш- ность измерения. Проанализировав эти показатели, они выбирают опти- мальные с точки зрения соотношения цены и качества анализаторы сигналов, которые можно будет использовать при выполнении испытаний в лаборатории или на производственной линии сегод- ня и в перспективе. Т ОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛИЗАТОРА СИГНАЛОВ Все точностные характеристики и параметры анализаторов сигналов Agilent N9020A MXA сведены в руковод- стве в таблицы, где информация пред- ставлена единообразно (см. табл. 1). В первом столбце приведены наи- менование параметра и условия, для которых действительны его значения. Например, диапазон рабочих темпера- тур для полевых условий 0…+55 ° C, а для производственных или лабораторных условий +20…+30 ° C. В центральном столбце указаны гарантированные значения параме- тров. В их число входят погрешности измерения для оборудования, использу- емого в процессе производства и кали- бровки. Точностные характеристики приведены для определённых условий окружающей среды, таких как темпера- тура и влажность. Многие пользователи контрольно- измерительных приборов компании Agilent отмечают, что фактические характеристики превосходят заявлен- ные. Для них в третьем столбце пред- ставлена дополнительная информа- ция, которая может оказаться весьма полезной для инженера-испытате- ля. Это может быть значение типо- вой характеристики, выходящее за пределы, которые имеют 80% при- боров с доверительным интервалом 95% в диапазоне +20…+30 ° C (при этой температуре чаще всего выполняют- ся наблюдения). Д ИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН В руководстве также представлены значения характеристик, влияющие на динамический диапазон: ● точка пересечения по интермодуля- ционным составляющим третьего порядка (TOI); ● фазовый шум; ● уровень гармонических и паразит- ных составляющих. Эти характеристики вместе с точно- стыми следует использовать для опре- деления пределов, внутри которых гарантируется соответствие парамет- ров испытываемого устройства тре- бованиям заявленной спецификации. Недостаточный динамический диа- пазон и погрешность измерений вме- сте или по отдельности могут приве- сти к уменьшению процента выхода годных устройств, что существенно повлияет на производственные затра- ты. В результате исправное устрой- ство может быть признано негодным, а неисправное – прошедшим контроль качества. П РИМЕР С TOI В данном примере используются заявленные значения погрешности и динамического диапазона анали- затора сигналов N9020A MXA, чтобы задать пределы для определения TOI испытываемого устройства, у кото- рого, согласно спецификации, TOI составляет +22 дБм на несущей час- тоте 1 ГГц. Сначала определяется оптимальный уровень несущей частоты для тестиро- вания устройства. При уровне выход- Таблица 1. Пример таблицы точностных характеристик из руководства по техническим параметрам анализатора сигналов Agilent N9020A MXA Описание Значение Дополнительная информация Абсолютная погрешность измерения амплитуды на частоте 50 МГц в диапазоне +20…+30°С в полном температурном диапазоне ±0,24 дБ ±0,28 дБ ±0,13 дБ (95-й процентиль) На всех частотах в диапазоне +20…+30°С в полном температурном диапазоне ±(0,24 дБ + неравномерность АЧХ) ±(0,28 дБ + неравномерность АЧХ) 95-й процентиль абсолютной погрешности измерения амплитуды (Широкий диапазон уровней сигнала, полосы разрешения, величины обратных потерь, полоса частот 0,01…3,6 ГГц, ослабление 10 дБ) ±0,19 дБ Основная погрешность измерения амплитуды ±0,05 дБ (номинал) Предварительный усилитель включен ±(0,36 дБ + неравномерность АЧХ) © СТА-ПРЕСС