Понятие фазовой когерентности генераторов. Как измерить и подтвердить?

Генераторы сигналов AnaPico серии MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG40 обладают образцово показательными характеристиками в классе по межканальной фазовой когерентности сигналов, в этой заметке мы представим способ измерения подобных характеристик.

Когерентность сигналов: два сигнала называются когерентными если они имеют постоянную разность фаз во времени. Данное определение является базовым для когерентности сигналов, но недостаточным, чтобы считать генератор сигналов когерентным.

Генератор когерентных сигналов: фазово- когерентным генератором называется устройство, у которого соблюдаются соотношение между фазой опорного генератора и сигналом на выходе устройства.

При этом важно отметить, наличие общего опорного генератора у двух устройств не является достаточным условием, чтобы считать генераторы фазово- когерентными. Кроме того, нужно внимательно рассмотреть вопрос как долго сигналы на выходе генераторов могут оставаться фазово-когерентными.

Рассмотрим процесс измерения рассогласования по между каналами генераторов AnaPico MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG33 и MCSG40:

1. Между каналами одного генераторы
2. Между каналами двух генераторов
3. Когерентность при установке на каналах разных частот

Измерение фазовой когерентности между каналами одного генератора на общей частоте.

Рисунок 1: Собираем схему подключения из фазового детектора (СВЧ смеситель) и осциллографа.

На выходе генераторов устанавливается частота 5 ГГц, сигналы с 1 и 2 канала подаются на первый фазовый детектор, сигналы с каналов 3 и 4 на второй фазовый детектор. Фазы сигналов в канале 1 и 3 подстраиваются для достижения квадратуры на входе фазового детектора. Сигналы на выходе двух фазовых детекторов измеряются одновременно с помощью двухканального осциллографа. Измерения проводились в течение 24 часов.

Измерение когерентности между многоканальными генераторами AnaPico серии MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG33, MCSG40

Некоторые приложения требуют более чем 4 независимых фазово-когерентных канала, которые должны иметь стабильность по фазе в продолжительный период времени. В этом случае у компании AnaPico есть специализированное решение по синхронизации модулей генераторов сигнала серии MCSG используя тактовый сигнал 3 ГГц. На рисунке 3 представлена тестовая установка для измерения межканальной фазовой стабильности между двумя независимыми генераторами AnaPico серии MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG33, MCSG40.

На рисунке 4 представлены результаты измерения фазовой ошибки между двумя независимыми каналами. Синий график показывает ошибку по фазе в течение 10 часов между двумя каналами одного генератора, красный график межканальная стабильность при синхронизации внутренним опорным генератором 100 МГц, зеленый график при синхронизации с помощью внутреннего опорного генератора на 3 ГГц выход SYSREF.

Таким образом с помощью внутреннего опорного генератора 3 ГГц достижима стабильность фазы в 5 мрад, что сопоставимо с стабильностью между каналами одного генератора. Данное решение позволяет создавать решения на 60, 100 и более фазово-когерентных каналов без потери в межканальной когерентности.

Измерение когерентности на разных частотах у генераторов AnaPico серии MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG33, MCSG40

Используя тестовую установку, собранную на рисунке 1, на канале 1 устанавливаем частоту 5 ГГц, на канале 2 5.01 ГГц, канал 3 5.02 ГГц и на канале 4 5.03 ГГц. Сигналы на выходе каналов 1 и 2 подаются на вход фазового детектора, сигналы каналов 3 и 4 на вход второго фазового детектора. На каналах установлены фазы таким образом, что сигналы на выходе фазового детектора имеют разность фаз 180 градусов. Сигналы на выходе фазового детектора измеряются с помощью осциллографа. Осциллограф настроен на постоянный запуск по наклону сигнала вверх на канале 1. Период измерений 24 часа.

По результатам измерений не обнаружено нестабильности фазы между сигналами на разных частотах, что подтверждает когерентность генератора и точность синтеза частоты генераторов сигнала AnaPico MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG33, MCSG40.