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直流电源噪声测试仪的校准

日期:2011-5-10 9:37:39 人气: 时间:2016-09-30 09:57 来源:未知 作者:styqjc

   1 前言
直流电源是将输入的交流或直流电压转化为所需要的直流电压的设备,东莞仪器校准直流电源是一切测试仪器设备的基本附件。在现代数字通信中,由于所需速率越来越高,同时信号带宽也越来越宽,造成调制方式也越来越复杂,从GMSK调制、QPSK调制直至OFDM。高速率需要输出数字调制信号具有比较低的EVM(误差矢量模),低的EVM需要直流供电电源系统具有尽可能低的噪声,特别是更低的电源峰值噪声。因此,直流电源输出噪声是数字通信系统电源一个非常重要的参数。
2 直流电源输出噪声测量
直流电源噪声包括均方根(RMS)噪声和峰-峰(Peak-peak)值噪声,噪声的频率范围为20Hz~20MHz,特别是峰-峰值电源噪声是数字通信所用电源重要参数之一,下文介绍峰-峰值电源噪声的测量原理和测量方法。
也许有人认为,峰-峰值电源噪声电压不需要测量,只要使用数字多用表测量出均方根电源噪声电压,将测得的结果乘以2.828就行。
峰值电压是均方根电压1.414倍的前提条件是:信号为标准正弦波,并使用在其频率响应范围内的均方根值电压表来测量。而直流电源的输出噪声中包含了周期性噪声和随机噪声,不是单一正弦波信号,采用测量直流电源的均方根噪声电压再乘以2.828得出其峰-峰值波纹和噪声电压也就不正确。因此直流电源输出中的噪声电压需要单独测量,不可采用换算的方
式得到。
直流电源峰-峰值电压常用的测试仪器为数字示波器,具有20MHz带宽限制功能。
为了全面研究直流电源输出噪声中的频率分布,当今有些厂家生产出能够测量直流电源的峰-峰值噪声的直流电源噪声测试仪。该仪器测量噪声电压的幅度范围可调,所测噪声的频率范围可以选择。
3 直流电源噪声测试仪需要校准的参数
3.1 技术指标
直流电源噪声测试仪实际上是一台峰值电压测试仪器,通过选择合适的直流噪声电压量程和选用不同的测量滤波器,测量在该滤波器范围内的直流噪声电压。某种直流电源噪声测试仪的技术指标如下:
①噪声电压测量类型:峰-峰值噪声电压
②噪声电压测量范围:2V或400mV
③噪声测量可选滤波器:6Hz~10kHz、6Hz~100
kHz、6Hz~500kHz、6Hz~1MHz、6Hz~20MHz。
3.2 校准参数
由于国家对直流电源噪声测试仪未颁布相应的校准规范或检定规程,也无可借鉴,《JJG(航天)6-1996直流电源检定规程》对直流电源输出噪声测量中可供参考的内容也不多。为了满足客户要求,履行上海市计量测试技术研究院“一切为了客户”的服务理念,利用我们多年从事无线电通信计量工作的经验,仔细分析噪声测试仪的测量参数,认为直流电源噪声测试仪需要校准参数如下:
①2V和400mV噪声电压测量范围时,选用不同的测量滤波器的噪声电压测量准确度。
②2V和400mV噪声电压测量范围时,选用不同的测量滤波器的噪声电压测量频率响应。
③测量滤波器3dB带宽。
3.3 噪声测量准确度校准时电压点和频率点的选择
2V量程的校准点:2V、1.5V、1V、0.5V、0.4V,400mV量程的校准点:400mV、200mV、100mV、
50mV、20mV、10mV、5mV。
校准频率点选用每个测量滤波器频率上限的1/10。噪声测量频率响应校准频率点的选择,按照50Hz、100Hz、500Hz、1kHz、5kHz、10kHz,以5、10的倍数增加。
4 直流电源噪声测试仪的校准所需的标准仪器
直流电源噪声测试仪的最大测量范围为2Vp-p,滤波器的最大频率范围为6Hz~20MHz,要求选用的标准仪器最大输出峰-峰值电压至少为2Vp-p,最小输出电压应达到5mVp-p,频率范围至少为6Hz~20MHz。因此,我们选用美国Agilent公司的33250A作为校准所用标准器,其输出电压范围以及频率范围均满足以上要求。
校准前,需将直流电源噪声测试仪设定为噪声测量结果校准状态。
根据要求设定其输出频率以及输出电压峰-峰值,从直流电源噪声测试仪中读出噪声电压测试值。
5 校准电源噪声测试仪的注意事项
校准时,为了减少交流220V中引入的噪声,标准器和被校直流电源噪声测试仪应很好地接地,注意,接地应该是接大地,而不是电源地,最好使用隔离变压器以消除来自交流220V引入的干扰,并避免在强环境电磁场的环境下校准,否则应该采取一定的措施避免引入感应电压。需要采用屏蔽导线将任意波形发射发生器的输出引至噪声测试仪,同时避免在校准过程中移动该屏蔽导线,因为无论是固定磁场或者是变化磁场,如果在移动连接导线时测量,将给测量结果带来影响,并确信直流电源噪声测试仪所用标准器连接于同一个电源插座。
6 校准结果测量不确定度评定
测量不确定度由所用的标准器33250A的输出电平准确度、测量结果重复性、仪器显示分辨率几方面组成,以下对1kHz频率、100mVp-p值的校准结果进行评定。
6.1 测量不确定度分析
6.1.1 33250A任意波形发生器的输出电平准确度将33250A的输出频率设定为1kHz,输出设定为100mVp-p,根据技术说明书,33250A任意波形发生器的输出幅度准确度为1%,假设为均匀分布,输出值为100mVp-p时的标准测量不确定度u 1 =1%×100/ 3 =0.577mV
6.1.2 测量结果重复性
将33250A设定为1kHz频率,100mVp-p输出正弦波电压,将直流电源噪声测试仪设定为400mV量程、6Hz~10kHz滤波器,设备充分预热,10次测量结果为0.0997V、0.0992V、0.0990V、0.0988V、0.0983V、0.0995V、0.0994V、0.0986V、0.0984V、0.0999V。
标准测量不确定度为:s=0.0002V=0.2mV
6.1.3 显示分辨率的影响
显示分辨率为0.1mV,假设为均匀分布,则其标准测量不确定度为:u 2 =0.05/ 3 =0.03mV
6.2 测量结果合成
u= u 1 1 +u 2 2 +s 2  =0.611mV包含因子取2,则其扩展测量不确定度为:U=2×0.611mV=1.2mV (k=2)对于100mVp-p的输入标准值,则其相对测量不确定度为:Urel=1.2mVp-p/100mVp-p=1.2% (k=2)
7 结论
使用此方法,东莞仪器校准对多台电源噪声测试仪进行了校准,客户完全同意我们所选择的校准参数,同时对于校准结果也非常满意。