Амплитудные и фазовые шумы Опции

[Undertaker]

Добрый день, хочу немного затронуть вопрос из области фундаментально-прикладной науки.
Не так давно пришлось столкнуться с измерением амплитудных шумов (AM noise) и фазовых шумов (Phase noise) выходного сигнала, а так же вносимых фазовых шумов (additive/redusal phase noise) усилителей.
Информации по вопросу измерения фазовых и вносимых фазовых шумов довольно много, как на нашем, так и на английском языках, так же как и измерительных приборов на рынке. Однако информации по измерению амплитудных, а тем более вносимых амплитудных (существует ли такое понятие вообще ?) крайне мало, а вопросы мои касаются именно их.
Вопросы у меня следующие:
1) От чего зависят амплитудные шумы сигнала, как они поражаются и какие способы борьбы с ними ?
2) Справедливо ли понятие вносимых амплитудных шумов с научной точки зрения и как их измерить ? На сколько я понял ни один из существующих измерительных приборов на рынке (даже самых дорогих) не предполагает такого измерения.
3) Есть ли разница между фазовыми и частотными шумами ?
Заранее большое спасибо, т.к. почему то сложилось такое ощущение, что наука измерения шумов передающих систем это что-то тайное и только для посвященных

[Dr.Drew]

Там есть один момент на схеме - настройка измерения ФШ в режиме wide. Там по чутью есть проблемы из-за нее. В этом режиме отключается управление УПЧ. В режиме normal ПЧ нулевая и реализована полноценная ФАПЧ. А вот как меряют амплитудные шумы, теперь стало понятнее.

[rloc]

Там есть один момент на схеме - настройка измерения ФШ в режиме wide. Там по чутью есть проблемы из-за нее. В этом режиме отключается управление УПЧ.

Совсем из памяти вылетело, что за режим "wide"? Смотрел на эту картинку и думал: как они так ловко на ПЧ оцифровывают с АЦП на 125 МГц (из мануала)? В то время на эти частоты не было АЦП с достаточной динамикой, потеряли бы в чувствительности при одновременной оцифровке несущей с шумом. Системы с непосредственной оцифровкой появились позже (Symmetricom 5125A, из -150 дБн получают -180 дБн). При переносе на нулевую частоту, без деления на квадратуры (IRM), две боковые сложатся и нужно вводить поправку на 3 дБ, а если боковые не одинаковые (очень часто встречал такую ситуацию)?

Где эталон фазового шума?

Пока их два: шумовой пол (дно, полка, дорожка - как хотите переводите) и шумовая модель Лисона лейкосапфира

А что можно сделать эталоном АШ? 0 Вольт и АШ лучшего ИОН на земле?

Вопросы с эталонами интересные. Для начала, шумы нужно разделить на абсолютные и относительные. Эталоном абсолютных шумов может быть любой белый шум (не обязательно тепловой). Мощность легко преобразуется в другие величины (тепло), которые можно сравнить с известными эталонами. Если шум белый (некоррелированный), он поровну делится между амплитудными и фазовыми (-3дБ), получаем сразу два эталона. Остается только согласовать. Формула Лисона не может быть в качестве эталона, ее проверка требует еще многих экспериментов, знаю у Сергея есть некоторые расхождения. С относительными шумами все намного интереснее.

Насколько я пОмню, там есть и АЦП, тоже не самый крутой, ЕМНИП 10- или 12-разрядный, и ИОН там так себе, как я понимаю. В звуковой карте вообще ничего устойчивого и опорного нет. Это тупо математика, а не метрология?

Если мы измеряем относительные шумы (в разах), важна ли точность источников тока/напряжения?

Ну и вот - такой неказистый оцифровщик и приемник меряет до минус 180 дБн/Гц на отстройке 100 кГц от несущей 100 МГц.

Коль несущая подавлена, динамика не нужна. По-старинке так всегда и делали.

[VCO]

Если мы измеряем относительные шумы (в разах), важна ли точность источников тока/напряжения?

Так в звуковой карте измеряется разница частот каких-то генераторов.
Вопрос: что там измеряется и чем это измеряется? Там и шкалы-то нет
Да, макушку разницы берём за 0 дБ, а далее дифференцируем вниз, вроде всё O.K.
Но только ни нелинейность, ни ошибки АЦП не учитываются и не гарантируются,
ни совпадение измеренной шумовой дорожки с реальным тепловым шумом не проверяется.
И в результате видим гипертрофированные спектры, кои выкладывают радиофилы

[Aner]

...
Но только ни нелинейность, ни ошибки АЦП не учитываются и не гарантируются,
ни совпадение измеренной шумовой дорожки с реальным тепловым шумом не проверяется.
И в результате видим гипертрофированные спектры, кои выкладывают радиофилы

Да так и есть, судят по звуковухе о профи измерениях, да еще и с самообразованием. А про динам диапазон который рисуют вообще молчу.
Производитель для своих АЦП четко указывает одно, таки доказывают свое. Аналогичное рисование с шумами.

[Шаманъ]

А про динам диапазон который рисуют вообще молчу.
Производитель для своих АЦП четко указывает одно, таки доказывают свое. Аналогичное рисование с шумами.

А взять датащит и почитать? Вот у меня в одном девайсе используется CS5381, используются два канала, частота дискретизации 96кГц. Теперь берем датащит и смотрим:


ДД по шумам 117дБ в полосе 40кГц, в пересчете на 1Гц это даст -163дБн/Гц, с двумя каналами должно было получиться -166дБн/Гц, в реальности у меня вышло -165дБн/Гц.

По интермодуляции. Данных в датащите нет, но цифра гармонических искажений в -110дБ как бы намекает. В реальности смеситель вместе с этим АЦП имеет IP3=+40дБм при Кш около 14дБ. ДД можете подсчитать сами.

Вот еще Вам реальная картинка - два генератора Г3-118 и звуковуха E-MU0202 (кстати не самая крутая):


Интермодуляционные искажения второго порядка -119дБ, третьего -116дБ относительно уровня одного тона.

Но, если речь про измерения ФАПЧем, то все намного упрощается и по части шумов все решит уровень шума входных цепей/смесителя/усилителя после него. Я в своих экспериментах уперся в шум AD797 с одной стороны и линейность смесителя (ADE-1+) с другой, однако всеравно шумовой пол в -165..-170дБн/Гц получается без фокусов с кросскорреляцией. При прямом замере все упирается в ДД АЦП и шумовой пол гуляет около -150дБн/Гц (это с E-MU0202, с картой получше шум будет пониже).

Кстати с ФАПЧем при замерах на высоких частотах намного бОльшей проблемой может быть взаимное влияние генераторов друг на друга. Если развязка недостаточная, то полученные цифры по шумам будут слишком оптимистичны.