הטעויות הנפוצות במדידות ניתוח ספקטרום
17 יוני, 2014
https://robotronix.co.il/%D7%A8%D7%95%D7%91%D7%95%D7%98%D7%A8%D7%95%D7%A0%D7%99%D7%A7%D7%A1-%D7%9B%D7%9C%D7%9C%D7%99/%D7%9E%D7%94-%D7%96%D7%94-%D7%A1%D7%A4%D7%A7%D7%98%D7%A8%D7%95%D7%9D-%D7%90%D7%A0%D7%9C%D7%99%D7%99%D7%96%D7%A8/
קיימות 8 טעויות נפוצות מאוד הנעשות בעת ביצוע מדידות ניתוח ספקטרום (spectrum analysis measurements),הגורמות לכיוונון שגוי של ההתקן הניבדק. מה הן הטעויות וכיצד מונעים אותן?
קיימות 8 טעויות נפוצות מאוד הנעשות בעת ביצוע מדידות ניתוח ספקטרום. מה הן הטעויות וכיצד מונעים אותן?
מאת: בוב נלסון, Agilent Technologies
קיימות 8 טעויות נפוצות מאוד הנעשות בעת ביצוע מדידות ניתוח ספקטרום (spectrum analysis measurements),הגורמות לכיוונון שגוי של ההתקן הניבדק (DUT) או לאספקת מוצר שאינו עומד במיפרט. נעבור עליהן בקצרה כדי לראות כיצד ניתן להימנע מהן.
1. שימוש בגלאי הלא נכון
נתחי ספקטרום מודרניים מספקים מבחר גלאים שבהם ניתן להשתמש. בדרך-כלל גלאי שיא, דגימה, ממוצע ונורמל (peak, sample, average and normal ) המשוייכים לסוגי אותות ספציפיים. שימוש בגלאי הלא נכון עשוי לגרום לתוצאה שגויהואפילו "פיספוס" מוחלט של אות בלתי רצוי שלא זוהה. להלן מספר כללים לבחירת הגלאי הנכון:
גלאי דגימה (sample detector): מספק דגימה בודדת עבור כל נקודת עקיבה (trace) בתצוגה. אם התצוגה מוגדרת עבור 1001 נקודות עקיבה (#Pnts), כל נקודה תייצג דגימה בודדת, תוך שמירה על ריווח אחיד בתחום הצפייה של המכשיר במישור התדר. מירווח התדר בין נקודות העקיבה ייקבע לפי (SPAN/(#Pnts-1.
גלאי זה מתאים במיוחד למדידת אותות דמויי רעש, אולם יש להיזהר בעת מדידת אותות גל רציף (CW), שרוחב פס הרזולוציה (RBW) שלהם מוגדר כערך רחב יותר ממירווח העקיבה. אם ה-RBW צר מדי, ניתן להגיע למדידה נמוכה מדי של אות CW, או לפספס אותו לחלוטין.
רוב נתחי הספקטרום בוחרים אוטומטית בגלאי הדגימה בעת החלת Trace Averaging, לפיכך ייתכן שהנך משתמש בגלאי הדגימה אפילו מבלי לדעת זאת.
גלאי שיא (peak detector): שומר את האמפליטודה בערך הגבוה ביותר בכל מירווח ומציג את הערך בנקודת העקיבה. גלאי זה מתאים במיוחד למדידת אותות CW, אולם יספק תוצאה במדידת אותות דמויי רעש, אלא אם כן מבצעים מדידת max hold ומצפים להספק מירבי בנקודת worse-case.
גלאי ממוצע (average detector): מחשב את ממוצע ההספק בין שתי נקודות עקיבה ומציג את ההספק הממוצע בקנה מידה ליניארי, למשל millliwatts. מתאים במיוחד למדידת אותות דמויי רעש, אולם יכול להציג בצורה נכונה גם את האמפליטודה של אותות CW, בהנחה שה-RBW רחב לפחות כמו מירווח העקיבה. בדומה לגלאי הדגימה, ייתכן כי האמפליטודה הממשית של אות ה-CW תוצג כנמוכה מדי (אם ערך ה-RBW צר מדי).
גלאי נורמל (normal detector): ברוב המקרים הוא משמש כגלאי ברירת המחדל, מכיוון שהוא מספק תמיד את האמפליטודה הנכונה של אות ה-CW, בלי קשר ל-RBW, ומיטיב להציג אותות דמויי רעש. הוא מציג את ערך השיא של האות בנקודת העקיבה האי-זוגית ואת המינימום בנקודת העקיבה הזוגית. הדבר גורם להצגה נאותה של ערך ה-peak-to-peak של אותות דמויי רעש.
במירווחי עקיבה שבהם האות עולה או יורד בלבד, יוצג ערך השיא. הדבר קורה כאשר אות ה-CW עובר ב-sweeping דרך העקיבה והאמפליטודה נשמרת. עם זאת, אין להשתמש בגלאי זה בעת שילוב מדידה של הספק רעש, כגון מדידת הספק ערוץ או מדידת הספק של ערוצים סמוכים, שכן ערכי השיא והמינימום המתחלפים יציגו בצורה לא נכונה את ביזור ההספק באות.
כללית, עדיף להשתמש בגלאי ברירת המחדל שבו בוחר נתח הספקטרום, אלא אם-כן קיימת סיבה מובהקת לבחירה בגלאי שונה. אם הדבר אינו ברור, יש להשתמש בגלאי השיא למדידת אותות CW ובגלאי הממוצע למדידת אותות דמויי רעש.
2. מיצוע שגוי (Wrong Averaging Type)
רוב נתחי הספקטרום מאפשרים לבחור באפשרויות המיצוע (averaging) מסוג Log-Video או Power. משמעות המיצוע מסוג Log-Video הוא שחישוב הממוצע יבוצע בסקלה לוגריתמית. הדבר יגרום לאות דמוי רעש, כגון רצפת הרעש של הנתח או של אות WCDMA, להימדד עד לרמה של 2.51dB מתחת לרמת האות בפועל. עם זאת, Log-Video averaging לא משפיע על אות ה-CW. לכן Log-Video averaging על אות CW קרוב לרצפת הרעש יכול להיות יעיל. מיצוע Log-Video גם מפחית את רצפת הרעש ומשפר את יחס האות לרעש.
אולם כשמודדים אות דמוי רעש, כמעט בכל המקרים רצוי להשתמש ב- Power averaging כאשר מחילים חישוב ממוצע כלשהו. חישוב זה יכול להיות trace averaging או averaging שנגרם על-ידי הפחתת רוחב פס הווידאו (VBW) עד לרמה נמוכה מ-RBW. כללית, צריך להשתמש ב-Log-Video averaging בעת מדידת אות CW, וב-Power averaging בעת מדידת אות דמוי רעש.
3. התעלמות מהעיוות הפנימי בנתח הספקטרום
במקרים רבים, נתח הספקטרום משמש למדידת תוצרי העיוות הלא-ליניארי של ההתקן תחת בדיקה (DUT). למשל מדידות third order intercept , הספק ערוצים סמוכים (ACP) או מדידות הרמוניות. רמת האמפליטודה היחסית של תוצרי עיוות אלה קשורה בדרך כלל לרמת ה-input של ההתקן. למרבה הצער, תוצרי עיוות זהים נוצרים גם בנתח עצמו ולכן חשוב למנוע צירוף של תוצרי העיוות הפנימיים לתוצרי העיוות של ההתקן הניבדק.
העיוות הפנימי מושפע מרמת המערבל בנתח הספקטרום. ניתן להוריד את רמת המערבל על-ידי הגברת הניחות הפנימי או החיצוני. יש להגדיל את הניחות עד לנקודה שבה הרמה היחסית של תוצר העיוות מפסיקה להשתנות. בנקודה זו אתה מודד את ביצועי ה-DUT.
4. רמת מערבל שגויה במדידות EVM
מדידת העיוות הליניארי הקיים ב-DUT, כגון EVM – error vector magnitude מושגת באמצעות שימוש ביכולות נתח האותות הווקטוריים של נתח האותות. במצב זה, האות עובר down conversion לממיר ה-ADC שבנתח. ברוב המקרים, נבחר רוחב הפס המתאים, אולם במקרים מסוימים המדידה אינה ממוטבת בנתח האותות. רמה נמוכה או גבוהה מדי של המערבל יכולה לפגוע בביצועי המדידה.
כדי למטב את המדידה, צריך להקטין את ניחות הכניסה עד לעמידה במצב עומס-יתר של ה-ADC, ולאחר מכן להגדיל את הניחות עד לפתרון מצב העומס-יתר. הדבר מבטיח שימוש בטווח המלא של ה-ADC. פעולה זו עשויה להיות כרוכה בהפעלת קדם-מגברים או הוספה של הגבר למערכת עבור אותות ברמה נמוכה. בדרך-כלל, ניתן לעשות זאת באמצעות פונקציית pre-adjust for minimum clip של המכשיר, אשר הופכת את התהליך לאוטומטי.
5. אי-שימוש ב-Single Sweep בזמן בקרה מרחוק של המכשיר
אינטואיטיבית, נראה שמדידה המבצעת סריקה רציפה רצה מהר יותר. אבל כאשר המכשיר נמצא במצב של שליטה מרחוק, פעולת הסריקה הרציפה איטית יותר מאשר פעולת single sweep. זאת מכיוון שבמהלך שליחת פקודת INITIATE, המכשיר נאלץ לבטל את הסריקה הנוכחית ולהפעיל מחדש את המדידה המבוקשת. ברוב המקרים, כדאי להעביר את המכשיר למצב single sweep ולהפעיל מדידות דרושות כדי לשמר מהירות וסינכרון.
6 חוסר סינכרון של המדידה עם *OPC?
מיכון המדידות עשויה להיות משימה מאתגרת. קל להתבלבל כאשר מקבלים תוצאות שניתנות לניבוי (ברוב המקרים) לצד תוצאות שגויות. בלהט הרגע, אתה עשוי להוסיף פקודת "sleep" כדי להשהות את הקוד והדבר מוריד את תדירות השגיאה או פותר אותה לחלוטין. במקרה כזה, סביר להניח שיש לך בעיית סינכרון בשליטה במכשיר. לרוב, על מנת לשמור על סינכרון נאות, מומלץ להשתמש בדגל Operation Complete, המעיד על השלמת מדידה או sweep.
מבחינה תכנותית, הקוד צריך להיות:
7. אי-ניצול תפוקת המכשיר
כאשר מנסים למקסם את תפוקת הבדיקה, כמעט בכל המקרים מומלץ לכבות את התצוגה ולהשתמש בנתונים בינאריים כדי להפחית את כמות הנתונים המועברים.
הפקודות הבאות ישפרו את התפוקה במידה ניכרת:
8. הספק-יתר בכניסה לנתח הספקטרום
רוב המכשירים מתחילים להינזק ברמת הגבר של 30dBm. קשה לתאר את ההרגשה כאשר מחברים אות ל נתח הספקטרום, צופים בו לזמן קצר, ואז – לא כלום. ההבנה המחלחלת שחיברת מקור של 5 וואט לנתח הספקטרום החדש שלך היא לקח כואב שקשה לשכוח. בעבודה עם אותות שידוע כי הם גדולים מרמת הנזק הנקובה של המכשיר, חשוב להשתמש במגבילים בנקודות הכניסה למכשירים.
סיכום
עסקנו בשמונה הטעויות הנפוצות ביותר במהלך ביצוע מדידות בנתח ספקטרום. יש טעויות רבות נוספות שבהן אנו נתקלים, אולם הטעויות שתוארו למעלה קלות יותר לתיקון. בין השאר מכיוון שבמהלך השנים הצליחו יצרני ציוד בדיקה דוגמת Agilent Technologies לבחור הגדרות ברירת מחדל אשר קיים סיכוי גבוה יותר שהן המתאימות ביותר למדידה הנתונה.
https://www.hackster.io/whitney-knitter/basic-rf-test-verification-on-the-b205mini-with-gnu-radio-1cd612
ניתן להשתמש ב-USRP B205mini-i כמנתח ספקטרום. הוא יכול ללכוד, לנתח ולהציג את הספקטרום של אותות נכנסים. זה כרוך בהתוויית עוצמת האות בתחומי זמן, תדר או מפל, ומעבר דרך ספקטרוגרמות כדי לראות אותות. מנהל ההתקן של USRP (UHD) מאפשר פיתוח גמיש ומעבר קל בין פלטפורמות שונות.
תכונות ויכולות עיקריות:
טווח תדרים רחב: ה-B205mini-i מכסה טווח תדרים רחב מ-70 מגה-הרץ עד 6 גיגה-הרץ.
רוחב פס מיידי: הוא מציע רוחב פס מיידי של 56 מגה-הרץ.
ניתוח בזמן אמת: ניתן לראות את עוצמת האות בזמן אמת בייצוגים גרפיים שונים.
תרשימי מפל: המכשיר תומך בספקטרוגרמות, שיכולות להציג היסטוריית אותות לאורך זמן.
לכידת נתונים: ה-SDR יכול ללכוד נתוני I/Q ולשמור אותם לניתוח מאוחר יותר.
FPGA ניתן לתכנות: ה-B205mini-i כולל FPGA של Xilinx עבור יישומי תוכנה גמישים ומותאמים אישית.
שילוב קל: ממשק ה-API של תוכנת UHD תומך בכל מוצרי USRP ומאפשר פיתוח קל ומעבר בין פלטפורמות.
שימוש ב-B205mini-i כמנתח ספקטרום:
חיבור למחשב: חבר את ה-B205mini-i למחשב באמצעות USB.
התקן את התוכנה הדרושה: תזדקק לתוכנת SDR כמו GNU Radio ולמנהלי התקנים של USRP.
צור גרף זרימה: השתמש בתוכנה כמו GNU Radio כדי ליצור גרף זרימה שקורא נתונים מה-SDR ומציג אותם.
