Phasenrauschen beim VCO messen

Martin Laabs schrieb:

Damit hast Du schon eines der Grundprobleme der Frequenzstabilitätsmessung gefunden: Das Rauschen läßt sich nämlich nicht einfach durch eine einzige Zahl definieren, es hat ein ganzes Spektrum. Damit hängt natürlich das Rauschen, das Du mißt, von der Bandbreite deines Detektors ab.

Genaugenommen hängt es also von Deiner geplanten Anwendung ab, welche Bandbreite (und welche Wichtung des Rauschens bei verschiedenen Seitenbandfrequenzen) Du messen solltest, um eine realistische Abschätzung der Auswirkungen zu bekommen.

Oft ist es jedoch so, daß für kleine Seitenbandfrequenzen das 1/f-Rauschen dominiert und ab einem bestimmten Punkt weißes Phasenrauschen vorliegt. Dann gibt man gerne einfach die Leistungsdichte des weißen Rauschens an, unter der Annahme daß z.B. in einer PLL das 1/f-Rauschen weggeregelt wird.

Du könntest natürlich den VCO "schwach" locken, also eine Regelschleife mit sehr begrenzter Bandbreite benutzen um das Rauschspektrum außerhalb der Regelbandbreite zu messen.

Wenn Du es genauer wissen willst, bietet es sich an, das Allan-Varianzspektrum zu bestimmen, damit kannst du dann auch bestimmen, welche Art von Rauschen bei welcher Detektorbandbreite dominiert.

Wenn Du französisch lesen kannst, gibt's hier eine nette Zusammenfassung von Leuten, die dieselben Probleme beim Bauen ultrastabiler Zeitreferenzen plagen:

Gruß, Jürgen

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GPG key: 
http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=J%FCrgen+Appel&op=get

Ist das ein VCXO mit Quarz? Wie nahe willst Du an den Träger?

Man kann den VCO an eine Referenz locken und eine sehr kleine PLL-Filterbandbreite benutzen. Innerhalb der Filterbandbreite kann man dann natürlich nicht das Phasenrauschen des VCOs messen; die Ergebnisse werden zu gut, wenn die Referenz was taugt.

Anderseits wird der VCO übel kontaminiert, wenn man nicht gut genug aufpasst.

Eine Alternative ist, das VCO-Signal mit einem Powersplitter in

2 gleiche Arme aufzuteilen, den einen Arm zwecks Dekorrelation mit 50-100 m Koaxkabel zu verzögern und dann die beiden Zweige mit einem Ringmischer zusammenzumischen. Die beiden Zweige müssen 90° Phasenverschiebung haben. Dann ergibt sich direkt L(f) im NF-Bereich via Scope, Soundkarte oder Fourieranalyzer.

Auf

ist ein brauchbarer NF-Vorverstärker für diesen Zweck beschrieben.

Sehr gut:

Ein Herr Walls bei

hat viel dazu geschrieben. (TimeFreq group)

Dann gibt es noch die TimeNuts - Liste auf

und die HP-Appnotes zu den carrier noise test sets.

Die Sache mit der Delayline baue ich gerade selber auf. Dieses Wochenende habe ich 100 m Aircom-Kabel in einen 6HE-Schroff-Einschub verpackt. Ging gerade so rein. Das war richtige körperliche Arbeit.

Gruß, Gerhard.

Wenn der VCO selbst nur sehr geringe Waerme entwickelt, hilft es, ihn kurz in einer Styroporpackung zu betreiben. IME ruehrt die meiste Drift von Luftzuegen her. Tuer auf, jemand geht durch den Raum, Atem usw.

Manche Brotbackmaschinen mit Warmhaltefunktion koennen auch helfen. Bei uns haben sie oft eine Stellung zum "Teig gehen lassen", das ist eine leicht erhoehte und geregelte Temperatur. Ganz frueher hatte ich Schaltungen auch schon mal in Motoroel gelegt, aber das ist eine fiese Sauerei hinterher.

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Gruesse, Joerg

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Der übliche Weg bei qualitativ hochwertigen VCOs ist daher, den VCO in eine Regelschleife zu legen und dann das Spektrum der Regelspannung oder den Ausgang des Phasenvergleichers zu analysieren.

So macht es z.B. der R&S FSUP (wenn Du ein bisserl wartest, darfst Du den VCO vorbeibringen, dann haben wir nämlich unseren FSUP). Der hat dann im Bedarfsfall auch zwei Empfängerpfade, das senkt per Korrelation das Eigenrauschen der Kiste nochmal um 20-30dB. Been There Tested That ;-)

Oder Du misst selber an Deiner Regelschleife und verrechnest das mit den Schleifenparametern. Das bedingt natürlich eine entsprechend gute Regelschleife und einen excellenten Referenztakt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das VCO Ausgangssignal einmal direkt und einmal z.B. über eine 10m Kabelrolle verzögert an einen Mischer zu geben und dessen Spektrum zu analysieren. Alternativ taugt statt des Kabels auch ein Zirkulator mit Reflexionsresonator. In beiden Fällen hast Du einen rauscharmen Frequenzdiskriminator (FM Demodulator) aufgebaut, der liefert Dir, was Du möchtest.

Und damit ist auch noch ein Weg aufgezeigt: Du kannst bei einem Spektrumanalysator mit I/Q Demodulator oder FM-Messdemodulator dessen Ausgangssignal auswerten. Einmal CORDIC beim I/Q (so machen wir es beim Spectran) und schon liegt die Phase unmittelbar vor, die braucht man dann nur noch einer gefensterten FFT etc. zuzuführen, voila, schon ist das Rauschspektrum da.

Allerdings ist bei der Methode die Rauschmessung natürlich nur so gut wie die Qualität des eingeregelten Analysator-LO's.

Der VCO sollte entweder eingeregelt oder ein FM Diskriminator vorhanden sein, sonst wird es schwierig bzw. es gibt Schätzometer wegen der VCO Langzeitdrift.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
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