Современная электроника №5/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 51 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 Вбольшинствеслучаеввкачествефазо- вого детектора используется смеситель, ксигнальномувходукоторогоподключе- ноиспытуемоеустройство(ИУ), а ко вхо- ду для гетеродина подключён опорный генератор. Последний настраивается на ту же частоту, что и ИУ, со сдвигомфазы на 90 ° . При наличии двух входных сиг- налов в квадратуре постоянное выход- ное напряжение смесителя равно нулю, а кратковременные отклонения фазы преобразуются в переменное напряже- ние. На основе преобразования Фурье рассчитывается спектральная плот- ность флуктуацийфазы, которуюмож- но преобразовать в фазовый шум. Описанный метод часто называ- ют методом фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) опорного генератора, т.к. нередко он используется для орга- низации обратной связи с выхода фазо- вого детектора на опорный генератор. Последнее делается для поддержания квадратурного соотношения фаз меж- ду ИУ и опорным генератором. При измерении фазового шума импульсной несущей применение при- ведённой на рисунке 7 схемы ограниче- но. При подаче импульсного сигнала на вход фазового детектора и при непре- рывном опорном сигнале гетеродина выходное напряжение фазового детек- тора также становится импульсным и содержит среднее постоянное значе- ние, которое способно вводить мало- шумящий усилитель в режим насыще- ния (см. рис. 8). Чтобы этого избежать, как правило, необходимо также исполь- зовать опорный сигнал с импульсной модуляцией ИУ. Добавление импульсной модуляции к опорному источнику (гетеродину) приводит к дополнительным сложно- стям, т.к. пользователю, скорее всего, придётся с помощьюосциллографа кон- тролировать выходной сигнал фазового детектора, чтобы убедиться в отсутствии перегрузки малошумящего усилителя и синхронности импульсной модуляции ИУ, а также опорного сигнала. Кроме того, пользователь должен подобрать подходящий фильтр ниж- них частот, чтобы устранить отстрой- ки частоты, превышающие F /2. В боль- шинстве систем для измеренийфазовых шумов используются аналоговыефиль- тры. Во многих системах требуемый фильтр может быть недоступен. В слу- чаях, когда подходящий фильтр недо- ступен, пользователь вынужден исполь- зовать внешние фазовый детектор и фильтр нижних частот, что в целом затрудняет процесс измерений, значи- тельно повышая вероятность воздей- ствия внешнего шума на результаты измеренияфазовогошума. Такие недо- статки в значительной степени устра- нены в анализаторах фазового шума с кросс-корреляционной обработкой. Анализаторы фазового шума с кросс-корреляционной обработкой Одним из ограничивающих факто- ров метода ФАПЧ опорного генератора является то, что чувствительность такой системы ограничена фазовым шумом опорного генератора. Практическимпра- вилом здесь является выбор генератора, фазовый шум которого, как минимум, на порядок меньше, чем у измеряемого устройства. В большинстве случаев это серьёзно ограничивает чувствитель- ность измерительной установки. Один из способов обойти это ограничение – использовать два одинаковых генера- тора, предполагая, что итоговый фазо- выйшумна 3 дБниже, чемизмеряемый. Часто предположение об идентичности двухисточниковоказываетсяневерным, итребуется другоерешение. Многие годы болееподходящимрешениемсчиталось проведение трёх измерений фазового шума с тремя похожими генераторами. Во время измерения каждый генератор являлсяпоочерёдноопорнымиизмеря- емым источником. По результатам этих Рис. 9. Метод сравнения трёх источников Рис. 7. Реализация метода фазового детектора для измерения фазового шума (ИУ – испытуемое устройство, ФД – фазовый детектор, ФНЧ – фильтр нижних частот, МШУ – малошумящий усилитель) Рис. 8. Формирование сигнала на выходе фазового детектора для импульсного входного сигнала при постоянном опорном сигнале (ИУ – испытуемое устройство, ФД – фазовый детектор, ФНЧ – фильтр нижних частот, МШУ – малошумящий усилитель) измеренийфазовыйшумкаждого генера- тораможнобылоопределить, решив три уравнения с тремянеизвестными. Такой подходпроиллюстрированнарисунке 9. Сравнение по трёмисточникамопреде- ляет шум каждого источника при усло- вииих сравнимости (разность 3…6 дБ). В ходе совершенствования техники измерения фазового шума с понижени- ем уровня собственногошума стало оче- видно: еслиразделить сигналИУиподать на две независимые системы с ФАПЧ, то собственный шум измерительной установки не будет коррелирован в обо- их каналах за счёт использования инди- видуального источника сигнала гетеро- дина для каждой из систем, а шум от ИУ будет коррелирован в обоих каналах. При такомподходе можно использовать кросс-корреляционную обработку для снижения шума, создаваемого измери- тельной установкой (прибором). Реали- ФД Δ Ф=90 ° ФНЧ Анализатор спектра МШУ ИУ Опорный генератор Импульсное ИУ ФД 0 В ФНЧ МШУ Узкополосный шум при наличии импульса ИУ Режим насыщения 90 Непрерывный опорный источник Источник #1 Источник #3 Источник #2 Измерение #1 Измерение #2 Измерение #3