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Per verificare e caratterizzare un oscillatore, tradizionalmente sono richiesti diversi strumenti di test incredibilmente stabili. Almeno, la stabilità dell'attrezzatura e dell'oscillatore di riferimento deve superare le prestazioni del dispositivo in prova (DUT). Per valutare la stabilità a lungo termine di un DUT, gli ingegneri possono effettuare misurazioni della deviazione di Allan simili a quelle mostrate nella Figura 1. Questa tecnica fornisce una rappresentazione grafica del rumore in un segnale nel tempo, rendendola una metrica importante da utilizzare quando si valuta la stabilità di un oscillatore.
Figura 1: Grafici di deviazione di Allan di esempio, rappresentati in tempo reale con il Moku Phasemeter.
Per semplificare e accelerare la caratterizzazione dell'oscillatore, Adelmo de Santis, amministratore di rete e sistema presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università Politecnica delle Marche in Italia, utilizza un unico dispositivo - Moku:Go - per valutare il livello di rumore dell'intero sistema di misurazione al fine di verificare le prestazioni del sistema. Con queste informazioni, può determinare la fattibilità di misurare le prestazioni di un oscillatore al rubidio nel suo laboratorio personale. Con una passione per le misurazioni di tempo e frequenza, Adelmo si impegna a trovare strumentazioni efficienti e ad alte prestazioni per condurre i suoi esperimenti.
"Dopo un paio di clic, Moku:Go stava facendo esattamente ciò di cui avevo bisogno per la mia misurazione", ha detto.
Moku:Go è una soluzione di test riconfigurabile, basata su FPGA, che offre più di 13 strumenti definiti dal software in un unico dispositivo, da strumenti di ingegneria essenziali come un Oscilloscopio a strumenti avanzati come un Laser Lock Box. La vasta gamma di strumenti facili da usare consente ai ricercatori di ottenere di più, più velocemente, in ambienti che vanno dai laboratori di ottica alle strutture di R&S industriali.
Sfida
Per valutare accuratamente la frequenza e la stabilità di un oscillatore, gli ingegneri devono impiegare contatori di frequenza o riferimenti che siano molto più stabili del loro DUT. Per eseguire le misurazioni di deviazione di Allan richieste, Adelmo ha precedentemente effettuato misurazioni nel dominio del tempo fornendo due segnali di impulso al secondo (PPS) da un riferimento di frequenza ad alta precisione a un contatore di frequenza HP 53131A. Per determinare il livello di rumore del sistema, ha generato un segnale PPS e una copia leggermente ritardata dello stesso segnale PPS. Ha quindi raccolto dati nel corso di diverse ore, li ha elaborati con TimeLab e ha tracciato i risultati nella Figura 2.
Figura 2: Risultati della deviazione di Allan con un tasso di campionamento limitato a 1 Hz.
Tuttavia, con questa configurazione sperimentale, Adelmo poteva campionare solo a 1 Hz, il che limitava il suo intervallo di campionamento a un minimo di 1 secondo. Per estendere le sue misurazioni della deviazione di Allan al livello appropriato, ha provato tutti gli strumenti disponibili nel suo laboratorio, ma nessuno era abbastanza stabile o versatile.
Soluzione
Per superare questa limitazione dell'intervallo di campionamento e aumentare il tasso di campionamento, Adelmo ha integrato il Generatore di Forme d'Onda Moku:Go nella sua configurazione per fornire un segnale di trigger esterno. I risultati sono stati eccezionali.
"Ha funzionato molto meglio rispetto alle specifiche precedenti che avevo", ha detto Adelmo.
La facilità d'uso, le dimensioni compatte e le prestazioni offerte da Moku:Go lo hanno reso la soluzione giusta per il compito. Con il Generatore di Forme d'Onda Moku:Go, Adelmo ha generato segnali impulsivi con una durata di 100-200 ns e un'ampiezza di 4 V, con impostazioni dell'impulso visibili nella Figura 3.
Figura 3: Impostazioni dell'impulso del Generatore di Forme d'Onda Moku:Go con una durata di 100 ns
e un tempo di salita di 16 ns a 4 V e una frequenza di ripetizione dell'impulso di 10 Hz.
Dopo aver provato almeno tre diversi generatori di funzioni, Moku:Go si è dimostrato l'unico in grado di fornire questo segnale con un tempo di salita sufficientemente breve. Ha verificato questa osservazione con un oscilloscopio esterno, come mostrato nella Figura 4.
"Moku:Go era semplicemente perfetto per le mie esigenze", ha detto Adelmo. "Ha un'eccellente performance".
Figura 4: Verifica dell'oscilloscopio esterno dell'impulso di trigger generato da Moku:Go.
Risultato
Regolando la frequenza di ripetizione degli impulsi, Adelmo è riuscito a campionare i segnali a 10 Hz e 100 Hz, superando così una precedente limitazione nel suo esperimento e misurando la deviazione di Allan fino a 0,01 secondi, come mostrato nella Figura 5. Con questo esperimento di prova completato con successo, Adelmo ha verificato con successo il rumore di fondo della sua catena di misurazione. Ha in programma di allestire presto altri esperimenti con più oscillatori, utilizzando nuovamente Moku:Go per fornire il segnale di trigger.
Figura 5: Risultati della deviazione di Allan dopo aver implementato il Moku:Go
Waveform Generator come sorgente di trigger esterno a 1 Hz, 10 Hz e 100 Hz.
"La cosa che amo di questo dispositivo è la sua capacità di risolvere problemi," ha detto. "È come un coltellino svizzero nel tuo laboratorio. Se hai un problema, puoi usare Moku:Go per risolverlo in meno di un'ora. Penso che sia davvero potente." Guardando avanti, ha anche intenzione di esplorare la funzionalità del Moku:Go Phasemeter per testare la funzionalità di misurazione della deviazione di Allan in tempo reale.
Conclusione
Moku:Go elimina limitazioni di prestazioni aumentando l'efficienza nelle misurazioni della deviazione di Allan di Adelmo, fornendo allo stesso tempo una piattaforma di test versatile e compatta per accelerare varie applicazioni all'interno del laboratorio.
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