Андрей, сами не планируете?

Не берут начальники и главные метрологи ведущего инженера в компанию... Скорее, осенью на РАДЭЛе буду.

К вопросу о E5052B. Не знаю почему, ранее думал ФШ выделяются в каждом канале путем перемножения гетеродина с сигналом со сдвигом 90 гр. в петле PLL. Так бы было логично с точки зрения подавления несущей и более полного использования динамики АЦП. Согласно схеме ниже, вместо PLL используется FLL, оцифровка идет на промежуточной частоте (IF), и выделение фазы с амплитудой - в цифре.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


После АЦП информация о соотношении несущей и шумов не теряется и легко вычисляется в любой момент времени, захват не мешает.

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.

Пока их два: шумовой пол (дно, полка, дорожка - как хотите переводите) и шумовая модель Лисона лейкосапфира (и сам генератор на лейкосапфире, но то уже к Сергею Бельчикову).

А что можно сделать эталоном АШ? 0 Вольт и АШ лучшего ИОН на земле? Как-то и не понял. Глупые вопросы для того и задаются, чтобы мудрецов в тупик поставить (по Ульянову).

Его нет и быть не может. Правда, метрология всея руси меня за такое высказывание запинает. Используется банальное синхронное фазовое детектирование.

Детектируется это относительно чего? Базис измерения - что?
Не уж-то даже ГОЧ или ИОН не нужны совсем??? Или они есть?

Детектируется разность фаз между внутренним источником и входным сигналом. Честно говоря, гетеродины (или гомодины) в 5052 не сильно-то и малошумящие. Вроде минус 135 дБн/Гц на отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц имеют всего. Но наличие независимого второго канала и расчет взаимной статистики позволяют пробить этот порог. При достаточно длине выборок, результат измерения сходится к спектру фазовых отклонений входного сигнала.

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?

Там 250 MSPS АЦП вроде. Если поискать среди продуктов тех лет, то можно найти только 210 MSPS с разрядностью 10-12 бит всего. Ну и вот - такой неказистый оцифровщик и приемник меряет до минус 180 дБн/Гц на отстройке 100 кГц от несущей 100 МГц. Мои коллеги впадают в ступор от такой цифры и приходится им долго объяснять, что реально в приборе нет такой динамики, а меряет (точнее рассчитывает) с динамикой, ну может 100 дБ, спектр разницы фаз двух сигналов в дБрад/Гц, которые при малых отклонениях приравниваются к дБн/Гц.

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)?




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.


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


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

Эталон "белого шума" есть с 2011 года, это ГЭТ 21-2011 по ссылке в перечне Гос. эталонов
http://www.vniiftri.ru/index.php/ru/etalons
Применяют (например) для поверки генераторов шума. В случае поверки анализаторов фазового шума применяют два источника сигнала с разным уровнем. Во всяком случае так следует из методики поверки. Для примера на Agilent E5052B.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Интересно, а из блок-схемы Agilent 4352 еще что то вытянуть можно в смысле измерения ФШ? Как и него устроена измерительная петля, которая переносит спектр шумов в полосу до 10 МГц кто нибудь знает?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Как они пишут:


Чувствительность ограничивается шумами гетеродина. В ноль ортогонально перенесли, на выходе - ФШ (АШ подавлены).

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

Смешиваются 2 кварцевых генератора с разницей 10-20 кГц, и на звуковую карту. Измеряемый ГК предполагается хуже по шумам.


Точно, нужна разница.


С линейностью все в порядке, как я помню vhk измерял ее двухсигнальным методом и получил около 120-130 дБ (динамический диапазон по интермодуляции) в полосе 1 Гц вместе со смесителем (прошу поправить если ошибся в цифрах). Высокая линейность АЦП в звуковых картах гарантируется принципом преобразования - оцифровка с разрядностью 1 бит (бывает больше) с помощью сигма-дельта модуляции и далее повышение разрядности за счет сужения полосы (24-32 бита). 1 разряд (пороговое устройство) может быть нелинейным? Более линейных систем не встречал. Скорее E5052 надо калибровать по звуковухе ) Но и звуковуха не самая банальная, не стоковая на материнской плате, с шильдиком Agilent ее стоимость могла бы быть под четверть от E5052B.


Шумовая дорожка не обязана совпадать с тепловым шумом, есть добавка в виде собственных шумов измерительной системы (коэффициент шума). Чем и ограничивается чувствительность в дальней зоне, никто не спорит.


Чем они гипертрофированы? На мелкие ПСС по ЭМС и проникновения эфира можно закрыть глаза, на общий вид огибающей шумов не влияют, мощность не та.

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.

Что не так с динамическим диапазоном?
Производитель АЦП указывает ДД 123 дБ для тактовой частоты 48 кГц, полоса соответственно 24 кГц.
Ссылка на "даташит" производителя
https://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK5394AVS.pdf
Приводим к полосе 1 Гц = 10*LOG(24000/1) = 43,8 дБ. Динамический диапазон по данным изготовителя = 123 дБ +43,8 дБ = 166,8 дБ к полосе 1 Гц. Поясню: это означает, что максимальный сигнал (до переполнения АЦП) может превышать уровень шума в полосе 1 Гц на 166,8 дБ. На спектрах приведённых в теме вы если видите несоответствие, то покажите.

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

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):
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

Cо звуковыми картами профессионального класса никаких особых проблем нет, ни с амплитудой ( она легко калибруется внешним генератором) ни с частотой- эти карты допускают внешне тактирование для обьединения многоканального звукозаписывающего оборудования в синхронную сеть. Так что привязаться к эталону в 10Мгц можно без больших проблем, ( кроме хитрого коэффициента пересчета конечно).
Основная проблема при использовании звуковых карт для измерения ФШ- нехватает частотного диапазона, особенно при исследовании синтезаторов с высокой частотой ФД. Зато при исследовании кварцевых генераторов и VCXO- они практически безальтернативны, особенно по параметрам цена/качество.
Для синтезаторов с высокими частотами ФД надо строить что то другое. Вот смотрю в строну преобразователя на основе ADS9110 - 18-Bit, 2-MSPS что бы хотя бы 1 МГц полосы шума анализировать.

С большими шумами еще юбка заворачивается, в середину Найквиста приходится целиться. А АЦП, как подметил vhk, важнее смотреть по плотности шума:

Для ADS9110, F = 2 MHz, SNR = 100 dB: 100 + 10log(1*10^6) = 160 dBFS/Hz
Для LTC2387-18, F = 15 MHz, SNR = 96 dB: 96 + 10log(7.5*10^6) = 165 dBFS/Hz (ближе к AK5394)

Как вариант можно перестраивать синтезатор вокруг кварцевого генератора подставки и смотреть шум на бОльших отстройках. Да, это не столь наглядно, но если нет иного выхода... Я таким методом пользовался, ибо петля у меня весьма широкая.

Спасибо что напомнили про линеаровский АЦП. Вот только он вроде под санкциями и экспортными лицензиями. И фурье процессор для него прийдется делать аппаратный в FPGA. Может кто посоветовать FFT корку (VHDL/ verilog) под 18 бит входных и достаточной внутренней динамикой? А то большинство библиотечных корок ограничено 16 битами по входу.
Используя LTC2387-18 действительно можно построить анализатор ФШ с полосой под 5 МГц без кусочной аппроксимации- сшивки спектра. Потому что метрологию с шивкой спектра ФШ из кусочков я как то понять не смог до конца.
Есть еще вопрос про измерение ФШ субмиллиметровых генераторов в режиме free run. Проблема в том что такие генераторы очень быстро дрейфуют по частоте от самопрогрева, характерные скорости дрейфа до 1МГц/сек. Какие ФШ анализаторы могут справится с измерением таких источников?

Именно эту статью я и читал. Rodolphe Boudot and Enrico Rubiola "Phase Noise in RF and Microwave Amplifiers" а еще "ADDITIVE (RESIDUAL) PHASE NOISE MEASUREMENT OF AMPLIFIERS, FREQUENCY DIVIDERS AND FREQUENCY MULTIPLIERS" Тык
Ок, пишут, что увеличивается. Я взял генератор Rohde&Schwarz, анализатор спектра с опцией PN, измерил фазовый шум от генератора, получил значения -111, -117, -117, -137 на отстройках 1к, 10к, 100к и 1 М соответственно, дальше подключил генератор ко входу усилителя GALI-55+, и снял несколько зависимостей PN от уровня входного сигнала - даже при глубочайшем насыщении шум не вырос. Что я делаю не так?

Возможно что-то на линии задержки?


ИМХО, источник сигнала слишком шумный и на фоне его шумов рассмотреть что-то по части шумов усилителя не выйдет. Я успешно шумы разных делителей наблюдал но уровни были -145..165дБн/Гц, источником сигнала был КГ с шумами около -160дБн/Гц@1кГц.

Я экспериментировал с ADF-4360-4 - результат бы такой же. Можно ли сделать вывод, что ФШ усилителей поднимают юбку шумов незначительно (->0) , если проводить измерения в диапазоне -65..-125 дБн/Гц. Расскажу предысторию с чего все началось. Был отдан мне на доработку супергетеродин, с плохим ФШ на выходе. Типа, по ТЗ ФШ не более -72, а у меня -62. Вроде петля норм, ОГ норм, ОУ норм, по ADISIMpll все норм. А шумит. И у меня возникло подозрение, что сигнал с ГУНа, замусоривается на усилителе, который стоит на выходе ГУН. Я полез в genesys, поиграл с параметрами усилителя, смоделировал ситуацию с режимом насыщения, получил подтверждение - ФШ выросли, ну и... провел эксперимент, который не сошелся с моделированием, дальше литература и эта тема.
Файлик для Genesys
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Неужели моделирование показало, что насыщение может поднять шум аж до -60дБн/Гц?

Нет Но в зависимости от точки компресии по 1 дБ и/или усиления ФШ может подняться на примерно 10 дБ. Скажем, с -111 дБн до -101 дБн.

На рисунке по ссылке ИМД искажения собственно карты
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1211277980
при уровне сигналов около Вольта. Со смесителем уровни входных сигналов по 63 мВэфф.
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1373734242
Что любопытно. Автор темы -Skandalli привёл ссылку на работу об измерении фазовых шумов усилителей
http://www.holzworth.com/Aux_docs/PhaseNoi...e_MWJ_Jun08.pdf
Где автор работы применял звуковую карту. Процитирую для Aner и VCO

Измерений АШ в публикации нет.

Резистивный делитель мощности без развязки и с потерями 6 дБ на плечо, два смесителя Марки M20240LP, генератор MG3695B и генератор 68369B в качестве гетеродинов. Выходы ПЧ смесителей напрямую крутятся на входы RF1 и RF2 вместо перемычек. PLG20 приходит на входы смесителей с уровнем около 0 дБм, гетеродины по 10 дБм каждый. На E5052B включен режим "wide".
7,5 ГГц еще сам прибор может померить, а выше - только с преобразованием на ПЧ 3-7 ГГц.