Voll in Schwung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Literatur:
Bild 4 zeigt ungefähr die letzten 200 Hz der Einschwingzeit für einen Synthesizer, der auf eine Frequenzänderung von 1214,39011 MHz auf 998 MHz eingestellt wurde, wobei ein 100-kHz-Gaußfilter zum Einsatz kam. Wie zuvor wurden die extern Daten bearbeitet, um den Frequenzverlauf zu berechnen. Dieses Bild zeigt, dass das VSA-Verfahren problemlos Frequenzmerkmale kleiner als 10 Hz auflösen kann. Um den Messaufbau zu vereinfachen, wurde der Synthesizer alle paar Millisekunden per Befehl zwischen zwei Frequenzen umgeschaltet, wobei ein TTL-Trigger zum Start der Abstimmung erzeugt wurde.
Was ursprünglich zur Kosteneinsparung dienen sollte, entwickelte sich schnell zu einer bevorzugten Methode zur Messung der Frequenzeinschwingzeit. Überraschend war, dass damit eine Auflösung von 10 Hz bei der Ausgangsfrequenz mit Messungen im Abstand von weniger als 100 µs erreicht werden konnte. Das ist deutlich besser als die alte Regel, die besagt, dass über einen Zeitraum von 0,1 s gemessen werden muss, um einen Frequenzunterschied von 10 Hz aufzulösen. Diese Methode bietet zudem eine Reihe von Vorteilen:
- Es lässt sich herauszoomen, sodass sich die letzten Megahertz des Verlaufs mit hoher Zeitauflösung messen lassen.
- Es kann hineingezoomt werden, um eine Auflösung von 10 Hz für das Ende des Einschwingvorgangs zu erreichen.
- Es sind Kompromisse zwischen Zeitauflösung und Störungen auf der Frequenzachse durch die Einstellung der Apertur der Phasen-Frequenz-Ableitung möglich.
- Der Amplitudenverlauf lässt sich ermitteln, wenn das Signal innerhalb der IF-Bandbreite liegt.
Ist noch kein VSA vorhanden, so lässt sich ein solches Gerät, im Gegensatz zu einem Highend-Spektrumanalysator, relativ kostengünstig beschaffen. So kostet das Modell »2810« von Keithley etwa 20 000 Euro. (mc)
[1] Agilent Applikationsbericht AN 1275, Automatic Frequency Settling Time Measurement Speeds Time-to-Market for RF Designs, pdf/5964-4335E.pdf>http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5964-4335E.pdf
ist Senior DSP Engineer bei Keithley Instruments
Telefon 089/84 93 07 73
www.keithley.de
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Winkeländerungen Im Allgemeinen kann eine sinusförmige Funktion über die Zeit über die Winkeländerung über die Zeit ɸ(t) charakterisiert werden, d.h. x(t) = A · cos(ɸ(t)). Durch die Ableitung dieses »unwrapped« Winkels nach der Zeit ɸ’(t) ergibt sich die derzeitige Frequenz dieses sinusförmigen Signals zu einer bestimmten Zeit t. Der Winkel ɸ(t) wird als »unwrapped« bezeichnet, wenn er sich kontinuierlich verändert, außer an Stellen, wo der Absolutwert der Sprungstelle kleiner als Π Bogenmaß ist. |
Ein guter Anhaltspunkt ist eine Bandbreite, die ungefähr 1000 Mal größer ist als die gewünschte Frequenzauflösung. Um zum Beispiel einen Einschwingvorgang auf 100 Hz genau zu messen, sollte eine Bandbreite von 100 kHz zur Verfügung stehen. Wenn große Abweichungen zu messen sind, hilft ein Flat-Top-Filter dabei, so viele Informationen wie möglich zu erfassen. Ist das Einschwingverhalten mit hoher Präzision zu messen, dann vermeidet ein Gaußfilter Eigenschwingungen. In Bild 1 wird das Eigenschwingverhalten eines Flat- Top-Filters mit 10 kHz Bandbreite (eine Auflösung von etwa 10 Hz) im Vergleich zu einem Gaußfilter dargestellt.
Bei dieser Messung ist die Zeitgenauigkeit ebenfalls wichtig, weshalb auch die Trigger-Genauigkeit zu beachten ist. Das Triggersignal startet die Erfassung durch den VSA. Eine Mehrdeutigkeit hinsichtlich des Start- Triggers und dem eigentlichen Beginn der Abstimmung des VCOs führt zu einer geringeren Messgenauigkeit. Es ist am besten, wenn das Steuermodul, welches die Synthesizer-Abstimmung startet, auch das Triggersignal für den Start der Abstimmung erzeugt. Manchmal lässt sich ein brauchbares Triggersignal auch aus vorhandenen Signalen im System ableiten, beispielsweise aus Steuerleitungen oder Synchronisationssignalen.
Um eine genaue Triggerzeit zu erreichen, sollte das digitale Erfassungssystem auch kalibriert werden. Auf Grund von Pipeline-Verzögerungen im digitalen Verarbeitungssystem kann der nächste verfügbare Messwert nach einem Trigger-Ereignis bereits vor dem Ereignis stattgefunden haben. Viele VSAs kalibrieren die Zeitachse, sodass sich der zugehörige Messwert zum jeweiligen Trigger-Augenblick zuordnen lässt.
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