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UTN – FRBA – ME2 Marzo, 2013

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

Departamento de Electrónica

Materia: Medidas Electrónicas 2

Proyecto: Automatización de mediciones con Analizador de Espectro

Docente: Ing. CECCONI, Juan Ayudante de TP: Di VRUNO, Federico / HIDALGO, Damián

Grupo N: 5

Alumnos :

Apellido y Nombre Legajo

1 GRASSANO, Ariel 119.087-8

2 TRILLO, Franco 113.918-6

Entrega Informe Fecha Firma

Primer entrega / / 12

Aprobación / / 12

Entrega Devolución Re-entrega Firma Recepción

2° / / 12 / / 12

3° / / 12 / / 12

4° / / 12 / / 12


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ÍNDICE

Pág.

1. Introducción…………………….………………………………………….…….……….. 03

2. Desarrollo del Trabajo

2.1- Desarrollo general del proyecto………………………………..….................…. 04

2.2. Consideraciones Generales de las mediciones y la automatización..........… 05

2.3. Descripción de las mediciones a automatizar

2.3.1 Medición del índice de Modulación………………..........…….….......….. 07

2.3.2 Medición de la T.H.D.………………………………..........…….….......….…. 09

2.3.2 Medición del Ruido de Fase……………………………..........…….…........ 12

2.4. Software Desarrollado…………………………….…………….………....….……. 14

3. Caracterizaciones………………………….…………………………………………..…. 19

4. Discusión………………………………….…………………………………………….... 21

5. Conclusiones………………………………….…………………………………………... 22

6. Referencias ………………………………….……………………………..…………..…. 23

7. Anexos………………………………….……………………………..………………........ 24


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AUTOMATIZACION DE MEDICIONES CON ANALIZADOR DE ESPECTRO

Franco Trillo y Ariel Grassano

Docente a cargo: Juan Cecconi

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Buenos Aires

Medidas Electrónicas 2

1. INTRODUCCIÓN

El objetivo del trabajo realizado consiste en la automatización de las siguientes mediciones usando un Analizador de espectro Agilent N9320A (en adelante AE):

Distorsión armónica total

Índice de Modulación de una señal modulada en amplitud.

Ruido de fase.

Dicha automatización deberá tener la inteligencia necesaria para sortear la mayoría de los obstáculos e inconvenientes que presentan las distintas mediciones, de forma similar a la que lo haría un técnico especializado al trabajar con el instrumento.


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2. DESARROLLO DEL TRABAJO

2.1. Desarrollo del proyecto.

Las primeras acciones tomadas para encarar el siguiente trabajo fueron el análisis de los procedimientos a realizar en cada una de las mediciones con el fin de optimizar las mismas. Comprendidos los fundamentos de las mediciones y las mejores prácticas para llevarlas adelante se realizaron una serie de mediciones en forma manual de modo de familiarizarse con el instrumento y verificar que los procedimientos desarrollados en forma teórica eran prácticamente realizables.

Paralelamente a las mediciones manuales, se comenzó a estudiar los modos de interconexión del AE con el controlador y como controlar remotamente al Analizador. En el Anexo I, se podrá encontrar un breve resumen del protocolo de conexión y algunas de sus características.

Definido el modo de interconexión, se analizaron los distintos lenguajes de programación que podían ser utilizados para el desarrollo del software y librerías necesarias para la automatización, optándose finalmente por Visual C++ en la plataforma Visual Studio 2008. Uno de los motivos que empujaron esta decisión es que la plataforma elegida permite el desarrollo de librerías que luego pueden ser utilizadas en otro software comercial y de mayor envergadura, como por ejemplo MatLab.

Una vez elegida la plataforma y con los procedimientos de las mediciones analizadas y ensayadas en forma manual, se procedió a codificar las funciones básicas del AE con el fin de tener virtualizado el control del equipo.

Con la mayoría de las funciones ya escritas y habiendo conectado y controlado remotamente el AE en forma satisfactoria, se comenzó a transcribir en la plataforma de desarrollo, los distintos procedimientos que se diagramaron al comienzo de este Trabajo Practico. Es en este punto donde debemos remarcar otra de las características de la plataforma de desarrollo utilizada, ya que la programación se realizó íntegramente en forma modular, de modo que solamente se hace necesario llamar a las funciones básicas del AE con los correspondientes argumentos (Valores de frecuencia, cantidad de armónicas a medir u Offset de frecuencia, según corresponda a la medición que se está automatizando=

Finalmente y con los procedimientos ya automatizados en su totalidad, se procederá a realizar una serie de mediciones con el fin de caracterizar el sistema, verificando de esta forma la efectividad de los procesos desarrollados.


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2.2. Consideraciones generales de automatización con Analizador de Espectro:

Se describen en este apartado las consideraciones comunes a todas las mediciones que se han tenido en cuenta al momento del desarrollo de los procesos para automatizar las mediciones.

2.2.1 - Rangos de potencias medibles:

Dado que todas las pruebas y mediciones del sistema se realizaron tomando como base al generador de RF Agilent N9310A, el desarrollo del software y todas las mediciones que forman parte de la caracterización final del sistema, se realizaron potencias de hasta 20 dBm, que es la potencia máxima que puede entregar el generador.

2.2.2 - Modo de Barrido en Single Sweep (Barrido Único)

Uno de los puntos que deben tenerse en cuenta al momento del manejo remoto del AE por medio de un controlador y procesos automáticos es la detección por parte del controlador de la finalización del ciclo de barrido de la pantalla, a partir del cual se desprende la medición de potencia en un punto determinado.

En general, la practica más común de utilización del AE es dejar seteado al equipo como se setea por defecto, es decir, en modo Barrido Continuo (Continous Sweep) de modo que los ciclos de barrido se realizan constantemente uno atrás del otro. El problema que presenta este modo de trabajo al controlar remotamente al equipo, el controlador desconoce el comienzo y fin de los ciclos de barrido.

Esta situación se torna problemática al realizar mediciones cuyo tiempo de barrido es particularmente lento ya que si no se completa el ciclo de barrido y se produce un cambio en la señal, el valor indicado por el Marcador de potencia, será el valor que existía antes de la modificación.

Con el fin de subsanar este inconveniente, al realizar el control remoto del AE se debe setear al equipo en modo de Disparo Único (Single Sweep). De esta forma, cada vez que se lo requiera, se disparará un ciclo de barrido y el controlador se quedara a la espera de la finalización del mismo, que en este modo si es posible conocer el fin del ciclo.

Como consecuencia de este modo de trabajo, se debe tener en cuenta que ante cualquier modificación que se realice sobre los seteos del AE (SPAN, Frequency Center, RBW, etc.) será necesario el disparo de un ciclo de barrido.

2.2.3 - Ajuste del Reference Level:

Al utilizar un analizador de espectro, y con el fin de optimizar el rango dinámico del equipo al realizar una medición, es recomendable setear el nivel de referencia (Ref. Level) al máximo valor de la señal colocada en la entrada del AE.

Todos los procedimientos automatizados comienzan con un reseteo del equipo llevando al mismo a sus valores por defecto. En el caso del Reference Level dicho valor por defecto es 0 dBm.

Debido a que se desconoce el valor de potencia de la frecuencia a medir y teniendo en cuenta que, en el peor de los casos, si la potencia de la señal es mayor que el Reference Level la medición de la potencia será errónea, se ha desarrollado un procedimiento que realiza los siguiente pasos:

Setea el Reference Level en 20 dBm. (1)

Setea como frecuencia Central del instrumento a la frecuencia de la señal a medir y el Span de frecuencia al valor de (Frecuencia a medir) dividido 10

Realiza un proceso cíclico para ajustar el valor de la frecuencia de trabajo (Se describe en el siguiente punto)


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Obtenida la frecuencia exacta de la señal principal a medir se realiza la medición del pico máximo de su potencia. (Ver punto 2.2.4)

Finalmente, y con el fin de dejar un pequeño umbral de seguridad se setea como Reference Level al nivel de potencia medido más un incremento de 2 dB.

(1)

De esta manera, se asegura el que el Reference Level se ajuste a la señal a medir, optimizando el rango dinámico.

2.2.4 - Ajuste de la frecuencia fundamental o primera armónica a medir:

Las funciones desarrolladas para los procesos automatizados de las 3 mediciones que forma parte de este trabajo deben recibir como argumento la frecuencia fundamental o primera armónica de la señal a medir.

Previendo un posible error en el valor de la frecuencia indicada debido al desconocimiento por parte del operador del valor exacto de dicha frecuencia, se desarrolló una función que a partir del valor de frecuencia fundamental ingresado realiza el siguiente lazo:

Reduce en 10 veces el SPAN (1)

Refresca el display

Ubica el pico máximo de la portadora, con el fin de obtener el valor más exacto de la frecuencia de trabajo.

Finalizado este lazo, esta función devuelve el valor de frecuencia donde se encuentra el pico de la señal de trabajo

(1)

(1) – Todos los valores mencionados, pueden ser directamente modificados sobre el código del software, modificando el argumento de la función correspondiente. Las Etiquetas MODIFY.ME indican valores que pueden ajustarse según la necesidad


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2.3 - Descripción de las mediciones a realizar

2.3.1 - Medición del índice de modulación de una señal modulada en amplitud:

2.3.1.a – Breve Reseña teórica

Una señal de AM (Amplitud Modulada) consiste en una señal o tono fundamental, llamado portadora cuya amplitud varía según la señal de información, de modo que la información de amplitud y frecuencia de ésta se “montan” sobre la portadora haciendo que su envolvente varíe de acuerdo a la señal moduladora o de información. La expresión matemática que expresa esta situación es la siguiente:

[ ]

donde representa el voltaje de pico de la portadora, es el voltaje instantáneo de pico de la señal modulante y finalmente m es el índice de modulación, dado por la expresión:

Figura 1: Visualización de una Señal de AM en el A.E.

El índice de modulación de una señal AM es una medida que indica cuanto varia el voltaje de la señal portadora debido a la señal modulante. El valor de m puede hallarse entre 0 y 1 siendo 0 el mínimo nivel de modulación (Ausencia de modulante), mientras que 1 corresponde al máximo nivel de modulación (La portadora varia su nivel entre 0 y su máximo valor). En raras ocasiones el índice de modulación suele superar la unidad, pero no debe descartarse esta posibilidad.


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2.3.1.a – Procedimiento adoptado para la medición automatizada:

1. Setear al AE para visualizar en la pantalla la señal portadora en la frecuencia central del instrumento,

2. Ajustar los parámetros del AE para mejorar el rango dinámico de la medición: a. Setear el Reference Level al valor del pico máximo de la frecuencia portadora b. Minimizar el RBW y el SPAN, de forma de visualizar en la pantalla la

frecuencia portadora con el máximo detalle posible 3. Ubicar el pico máximo de la portadora y tomar su valor 4. Sintonizar nuevamente al AE para visualizar en la pantalla alguna de las 2 señales

modulantes, que debe encontrarse aproximadamente en la frecuencia: fc+fm 5. Ubicar el pico máximo de la nueva señal (Modulante) y tomar su valor 6. Realizar el cálculo correspondiente.


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2.3.2 – Medición de T.H.D. – Distorsión Total Armónica.


La distorsión armónica de una señal está directamente relacionada a la frecuencia fundamental y a la totalidad de sus múltiplos directos de frecuencia, conocidos como “Armónicas” generadas a causa de los componentes alinéales que componen el sistema.

Uno de los valores más interesantes, no es la relación entre cada armónica y la fundamental, sino la totalidad de la potencia distribuida en las armónicas, respecto de la señal fundamental, conocida como THD (Total Harmonic Distortion) o Distorsión armónica Total que se escribe como:

√

A1: Amplitud Fundamental

A2: Amplitud de la segunda Armónica

A3: Amplitud de la tercer armónica

An: Amplitud de la enésima armónica.

(Nota: Todas las unidades expresadas en Volts)

Figura 2: Visualización de una señal y sus armónicas en el A.E.


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2.3.2.b – Procedimiento de medición:

1. Setear al AE para visualizar en la pantalla la señal portadora en la frecuencia

central del instrumento, 2. Ajustar los parámetros del AE para mejorar el rango dinámico de la medición:

o Setear el Reference Level al valor del pico máximo de la frecuencia portadora

o Minimizar el RBW y el SPAN, de forma de visualizar en la pantalla la frecuencia portadora con el máximo detalle posible

3. Ubicar el pico máximo de la portadora y tomar su valor 4. Sintonizar como frecuencia central a la segunda armónica 5. Validar que no se está saturando al mezclador del AE. (Ver Nota 1 de las

Consideraciones Particulares de la medición de THD) 6. Solicita al usuario que, si dispone de un filtro para eliminar la fundamental, lo

coloque. (Ver Nota 2 de las consideraciones Particulares) 7. Repetir los pasos 2, 3 y 4 con la cantidad de armónicas que se hayan estipulado a

medir. 8. Realizar el cálculo mencionado anteriormente.

2.3.2.c – Consideraciones particulares de la medición de T.H.D.

NOTA 1: Sobreexcitación del Mezclador:

Dado que el mezclador interno del AE no es un dispositivo lineal distorsiona la señal que se encuentra en su entrada, generando intermodulaciones y armónicas de la señal que, dependiendo de los parámetros seteados en el AE, pueden llegar a superar ampliamente a las distorsiones armónicas e intermodulaciones que trae consigo la señal que se está colocando en la entrada del equipo.

A los fines teóricos y de cálculo, es posible conocer el máximo nivel de entrada que debe colocarse en el mezclador de modo de minimizar las distorsiones que generara el instrumento analizando la curva de Rango Dinámico Versus entrada al mezclador (Ver Anexo X).

En dicha curva tenemos en el eje X, el nivel de potencia de entrada al mezclador del AE (Considerar que este nivel es medido luego de la atenuación de entrada) y en el eje Y se encuentra normalizada la escala en dBc, ósea, cantidad de dBm respecto de la portadora.

Ingresando con el nivel de potencia que se encuentra presente en la entrada del mezclador de AE, y cortando a la traza correspondiente al SHI (Second Harmonic Intercept), tendremos el nivel de la intermodulación generado por el mezclador a ese nivel de entrada.

Por ejemplo si se coloca una señal en la entrada del mezclador cuyo nivel de potencia es de -20 dBm, es posible medir armónicas que acompañen a esta señal que se encuentren hasta 50 dB por debajo de la fundamental de la señal original. Si dichas armónicas son inferiores a -50 dBm, no será posible discriminarlas y se verán opacadas por las armónicas generadas por el mezclador.


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Teniendo en cuenta todo lo antedicho, el software desarrollado realizará el siguiente procedimiento con el fin de detectar una posible intermodulación producida por el mezclador interno del AE:

1. Tomar la medición de la segunda armónica 2. Aumentar la atenuación de entrada en 10 dB 3. Tomar nuevamente la medición de la segunda armónica 4. Si las ultimas 2 mediciones difieren en más de 1 dB en valor absoluto:

a. Reducir 5 dB la atenuación de entrada al AE y repetir el ciclo desde el punto 1.

5. En el caso que las primeras mediciones del punto 5 hayan diferido en menos de 1 dB en valor absoluto, reducir en 10 dB la atenuación de entrada del mezclador, volviendo a previa a esta verificación.

Nota 2: Filtrado de la fundamental

En relación a la Nota 1, otra forma de limitar el nivel de potencia de entrada al Mezclador del AE y de esta manera, reducir las distorsiones generadas por este, es eliminando señales que no son de interés. En la medición tratada es posible hacerlo, por ejemplo, mediante la utilización de un filtro de alto Q, con el fin de eliminar la frecuencia fundamental, y de esta forma, reducir drásticamente la potencia de entrada al mezclador.

Se debe tener en cuenta que el filtro debe tener el Q suficiente para eliminar la fundamental y dejar intactas las armónicas de la señal a medir.


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2.3.3 – Medición del Ruido de Fase


La medición del ruido de fase consiste en el cálculo de la diferencia de potencia que existe entre la señal portadora y un offset de frecuencia respecto a esa señal. Lo que representa esta medición es el ruido que introducido por nuestro oscilador en la señal que él mismo genera a una distancia x en frecuencia de la portadora.

Dicho ruido de fase suele expresarse en dBc/Hz a un cierto offset de la portadora, es decir, la potencia, respecto a la portadora, que se obtiene a tantos Hz para un ancho de banda de 1 Hz. Esto implica que luego será necesario usar un factor de corrección, ya que nuestras medidas las haremos con una determinada RBW, el cual nunca va a ser de 1Hz, porque el analizador no tiene tanta resolución

Figura 3: Visualización de una señal con su ruido de fase en el A.E.

2.3.2.b – Procedimiento de medición:

1. Setear al AE para visualizar en la pantalla la señal a medir en la frecuencia

central del instrumento, 2. Ajustar los parámetros del AE con el fin de optimizar la medición:

a. Setear el Reference Level al valor del pico máximo de la frecuencia portadora.

b. Setear la relación RBW/VBW al valor acorde al offset a medir. c. Minimizar el RBW de modo de minimizar el piso de ruido del AE. d. Minimizar el SPAN, teniendo en cuenta el que debe ser superior al doble

del offset a medir 3. Tomar el valor del pico de la frecuencia. 4. Setear al analizador de espectro en modo Sample Detector (Ver Nota 1 de las

consideraciones particulares de la medición) 5. Posicionar al marcador en el offset deseado 6. Tomar el valor indicado por el marcador en el offset deseado ( )


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7. Corregir el valor medido en el offset, para que su medición sea relativa a un RBW de 1 Hz (Ver Nota 2 de las consideraciones particulares de la medición)

8. Finalmente el ruido de fase a un offset determinado se calcula como

2.3.2.c – Consideraciones particulares de la medición de ruido de fase

Nota 1 – Utilización de Sample Detector

Cada uno de los pixeles de la pantalla del AE representa a la señal a un conjunto de los infinitos puntos que la señal analógica posee. Podemos pensar a ese conjunto de puntos como si a la señal original se la dividiera en una sucesión de franjas, donde cada una de estas franjas será representada por un único pixel de la pantalla.

Pero como cada una de estas franjas tiene un ancho de banda determinado y contiene una cantidad infinita de puntos, el AE debe decidir que cual de todos los puntos contenidos en la franja debe medir para representarlo con el pixel correspondiente. La selección del punto dependerá entonces del Tipo de Detector que se seleccione en el AE. Existen distintos tipos de detectores (Máximo, mínimo, pico, promedio, muestra, RMS), cada uno tomando un punto distinto de la franja.

Tomando en cuenta la AN-1286, se utilizará al AE en modo “Sample Detector“, ya que es el modo recomendado para mediciones de ruido, mostrando en el display al punto medio de la franja que representa, que lo que resulta muy conveniente para la medición del ruido de fase. Por otra parte, debemos considerar también que es el modo que utiliza el AE para la medición de Ruido de Fase que trae incorporado en sus funciones. Nota 2 - Corrección del RBW a 1 Hz (FIX ME)


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Dado que los filtros de FI no son ideales, es decir su forma no es rectangular, se hace necesario conocer el ancho de banda de ruido equivalente del filtro RBW con el fin de normalizarlos a un ancho de banda de 1 Hz. Nota 3 – Corrección por compensación del Amplificador Logarítmico: Una de las características del Amplificador Logarítmico de FI del AE, es que tiende a amplificar menos los picos del ruido que los valores más bajos, por lo que se hace necesario aplicar una corrección de 2,5 dB al valor final calculado del Ruido de Fase.


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2.4 - Software Desarrollado

En este punto se describen las características principales del software desarrollado, detallando cada una de las funciones y módulos diseñados para la automatización.

2.4.1 – Archivos Fuente:

Se desarrollaran una serie de archivos fuentes, cada uno de los cuales tendrá una función característica.

o LIB_A9320B.cpp Es el programa troncal o principal, desde donde se toman los parámetros de la medición que se desea realizar y llama a la medición en cuestión.

o MedicionIndiceDeModulacion.cpp Función que invoca a los distintos procesos que componen la medición del índice de modulación de AM. Esta función requiere que le sean pasados por argumentos, los siguientes parámetros:

Frecuencia Portadora

Frecuencia Modulante

o MedicionDistorsionArmonicaTotal.cpp

Función que invoca a los distintos procesos que componen la medición la T.H.D. Al realizar el llamado a esta función se le deben pasar como argumentos:

Frecuencia Fundamental

Cantidad de Armónicas a Medir

o MedicionRuidoDeFase.cpp

Función que invoca a los distintos procesos que componen la medición de ruido de fase. Los argumentos que recibe esta función al ser llamada son:

Frecuencia de la señal a medir

Offset de frecuencia

o ComandosAltoNivel.cpp

Este archivo se compone de una serie de funciones desarrolladas para la optimización del rango dinámico y visualización del display.

o ComandosAE.cpp En este archivo se encuentran las funciones básicas del AE, equivalente a los controles ubicados en el frente del equipo.

2.2.1 – Funciones Desarrolladas:

A continuación se detalla cada una de las funciones que se encuentran contenidas en los archivos fuentes antes mencionados.

LIB_A9320B:

o tmain:

A partir de los parámetros que recibe el main al iniciar el software, llama a la función correspondiente a la medición a realizar, y realiza la vinculación con el AE. En el caso de establecer la conexión dejara al software en espera hasta que el usuario coloque la señal a medir, y lo confirme presionando una tecla.

En el caso que no se pueda establecer la conexión, mostrará un error en pantalla y finalizará el programa.

o Inicializar_AE:

Realiza la vinculación lógica entre el Controlador y el Analizador de espectro. Una vez establecida la conexión, resetea el equipo a sus valores por defecto


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o CerrarSesion_AE:

Finalizada la automatización, es recomendable cerrar la conexión con el AE.

ComandosAltoNivel.cpp

o hayOverloadDeMixer

La función tiene por objetivo verificar que las armónicas de la señal medida sean productos externos al AE. Para ello, toma la medición de la segunda armónica, modifica el seteo de la atenuación y vuelve a tomar la medición, observando si se produjeron diferencias en las mediciones.

o AdecuarReferenceLevel

Ajusta el Reference Level del AE antes de iniciar la medición. Realiza una búsqueda del pico máximo de la señal, y una vez tomado su valor, setea al Reference Level a este valor incrementado en tantos dB por encima como se le indica por parámetro a la función.

o MedirPotenciaEnArmonico

Esta funcion se utiliza exclusivamente en la medicion de THD y su objetivo es medir el valor de la armonica (indicada por parametro) de la frecuencia fundamental.

o PerseguirFrecuenciaCentral

El objetivo de esta rutina es ubicar el punto más exacto en frecuencia donde se ubica el máximo pico de la señal. Para realizar esto, la función repite 3 veces este ciclo:

I. Reduce el Frequency Span seteado en 10 veces II. Dispara un barrido para actualizar el display III. Busca el pico máximo de la señal.

ComandosAE.cpp

o ResetearAE

Comando para volver al instrumento a sus valores por defecto.

o SetearModoBarridoUnico

Esta función se utiliza luego del reseteo del equipo a sus valores por defectos, para poner al equipo en modo Disparo único (Single Trigger), ya que de esta forma el controlador puede detectar el comienzo y fin de los barridos.

o getResolucionBandwith

Consulta al instrumento el valor del RBW seteado, devolviéndolo al controlador en imprimiéndolo en la pantalla.

o getAttenuation

Consulta al instrumento el valor del atenuacion de entrada al mixer seteado, devolviéndolo al controlador e imprimiendolo en la pantalla.

o set_VBW_RBW_ratio

Función para setear la relación VBW/RBW

o setTipoDetector

Esta función permite setear el método de detección utilizado por el AE, que se le pasa como argumento de la función.

o SetearReflevel


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Comando para setear el valor de Reference Level del AE. El valor se pasa en dBm como argumento de la función

o SetearAtenuacion_dB

Comando para setear el valor de atenuación de entrada al mezclador del AE. El valor se pasa en dB como argumento de la función. Luego, de setearlo, realiza un barrido para actualizar la pantalla.

o BuscarPicoMaximo

Esta función busca el máximo pico de señal presentada en el display (Equivalente al botón del AE “Peak Search”)

o PonerMarcadorEnFrecuencia

Esta función recibe como parámetro un valor en frecuencia y un flag. Si su valor es verdadero, coloca a la frecuencia como frecuencia central y coloca al marcador en el pico de dicha frecuencia.

En el caso que el flag sea falso, solamente ubica al pico máximo de la señal visualizada en pantalla.

o PonerMarcadorEnFrecuenciaArbitraria

La función solamente ubica al marcador en la frecuencia que se le pasa como argumento a la función.

o MedirPotenciaEnMarcador

Devuelve el valor de potencia indicado sobre el Marcador.

o SetearFrecuenciaCentral (Hz)

Comando para setear la frecuencia central (Central Frequency) del display del instrumento

o SetearFrecuenciaSpan (Hz)

Comando para setear el Span del display del instrumento

o SetearFrecuenciaStart (Hz)

Comando para setear la frecuencia de inicio (Start Frequency) del display del instrumento

o SetearFrecuenciaStop (Hz)

Comando para setear la frecuencia de parada (Stop Frequency) del display del instrumento

o IniciarBarrido

Dispara un barrido de la pantalla, y aguarda a que el mismo haya finalizado.

o EsperarFinDeBarrido

Trabaja junto con “IniciarBarrido” y su función es aguardar a que el AE informe que se concluyó el barrio de la pantalla. Mientras esto último no se cumple, el software queda en modo de bloqueo en este punto.

o EnviarComandoAlInstrumento

Esta función se utiliza para enviar la cadena de texto que representa a las distintas funciones de las Librerías IO de Agilent al instrumento


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3 - CARACTERIZACION DEL SOFTWARE DESARROLLADO - RESULTADOS

3.1 – Características Generales de la Caracterización

El siguiente apartado describe la caracterización realizada a cada uno de los procedimientos automatizados con el fin de verificar la calidad de las mediciones. Todas las mediciones realizadas para dicha caracterización se realizaron con el generador de RF Agilent N9310A, por lo que las limitaciones en los valores de frecuencia y potencia de las señales medidas, serán las impuestas por dicho generador de RF.

3.2 - Caracterización del índice de Modulación

Se realizaron una serie de mediciones tomando los siguientes valores para las frecuencias portadora y modulante, modificando el valor del índice de modulación del generador en distintos saltos:

fp = 100 Mhz

fM = 5 Khz

m: 0,1 a 100 en saltos variables.

Adicionalmente se realizaron algunas mediciones al azar, sobre frecuencias comerciales de AM.

El patrón de referencia utilizado para comparar la medición automatizada, consistió en la medición del indicie de modulación en forma manual, y al valor seteado en el generador de RF.

El listado completo Mediciones contrastadas contra el valor calculado a mano o valor indicado por el generador (Ver Anexo 2)

De la caracterización se desprende el mínimo medible de índice de modulación

3.2. Caracterización de la medición de T.H.D.

La caracterización de la medición de la THD se realizó colocando una señal entregada por el generador de RF a distintos niveles de potencia de portadora y frecuencia, tal que presentaran productos armónicos medibles con el AE.

Para el contraste de la medición automatizada, se instrumentó una medición en forma manual y el cálculo analítico de los valores obtenidos manualmente.

La tabla con la caracterización de las mediciones puede encontrarse en el Anexo IV de este documento

De la caracterización realizada se desprenden los umbrales de THD Medibles

3.3. Caracterización de la medición de Ruido de Fase

Para la caracterización de la medición de ruido de fase, se realizó una serie de mediciones con las siguientes características:

fp = 1, 10, 100, 500, 1000 y 2000 Mhz

Offset: 1, 10, 20 y 50 Khz

El patrón de referencia para la medición, fue la medición pre-automatizada que incorpora el AE. (Pagina 56 del Manual de Operación del AE)

La tabla con la caracterización de las mediciones puede encontrarse en el Anexo IV de este documento


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La caracterización realizada demuestra que es posible realizar mediciones de ruido de fase, de manera similar a la que realiza el AE en su procedimiento automatizado de fábrica.


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4 – DISCUSIONES

En las distintas revisiones realizadas durante la confección de este informe se encontraron posibles mejoras a realizar sobre el software con el fin de mejorar la automatización y la calidad de la medición. Algunos de los puntos de posible mejora son:

Mejoras conceptuales:

La modificación del atenuador de entrada del A.E. incrementándola desde 0 dB o alcanzando este valor desde un valor de atenuación superior, puede modificar el coeficiente de reflexión del conjunto DUT – A.E. y por ende afectar a la medición de potencia. Debería modificarse el software para considerar que al alcanzar la atenuación de 0 dB o al elevarla desde este valor no se produzcan modificaciones en los niveles medidos a causa de las desadaptaciones.

Mejoras en la comunicación con el A.E:

Uno de los puntos a mejorar en la comunicación bidireccional con el A.E. es la detección de mensajes de error arrojados por el A.E. 2 Ejemplos muy comunes al respecto son:

Sobreseñal en la entrada del A.E.

Introducción de parámetros erróneos (por ejemplo, frecuencias mayores a las soportadas por el A.E.)

Dentro de las mejoras a introducir, debería verificarse que al realizar una modificación de

parámetros, no se vean modificados parámetros que tengan relación con el modificado por el operador, por ejemplo al modificar los parámetros que afectan directamente Sweep Time

Revisión de los procedimientos para mejorar los rangos dinámicos:

Medición del Índice de Modulación: Una posible mejora a implementar es al momento del seteo del SPAN de frecuencia previo a la medición de la portadora. En la actualidad se salta directamente del valor de SPAN seteado en el equipo, hasta el valor de SPAN utilizado para la medición en cuestión

Sería conveniente realizar este cambio del "Frequency Span" en forma de saltos, (Por ejemplo, sucesivas disminuciones como se realiza en la función o AdecuarReferenceLevel) hasta alcanzar el valor mencionado anteriormente.

Mediciones de la T.H.D: En la función para verificar si se está sobreexcitando al mezclador en la medición de THD (hayOverloaddelMixer) la verificación se realiza elevando la atenuación en 10 dB. Una posible mejora a aplicar es realizar una segunda verificación pero reduciendo el valor del atenuador, y en caso de no existir sobreexcitación del mezclador, se habrá mejorado el rango dinámico para la medición de las armónicas de orden superior.

Medición de la THD: En el caso de eliminar la frecuencia fundamental mediante la utilización de un filtro de Alto Q, se debería realizar una función adicional que reajuste el “Reference Level” del equipo pero ahora tomando como referencia a la segunda armónica, mejorando notablemente el rango dinámico.

Medición de la THD: El automatismo requiere como parámetro de entrada la cantidad de armónicas a medir. Una importante mejora a realizar es la detección del DANL (Ya sea por medición directa o mediante el cálculo con la curva correspondiente, en función de los parámetros seteados en el equipo) de forma de realizar la medición de la cantidad de armónicas hasta alcanzar el nivel del piso de ruido en forma automática.


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Promediado de mediciones: Una de las desventajas del modo disparo único (Single Sweep) es que solamente se tiene un

valor por barrido. Dada la naturaleza aleatoria del ruido, puede ser muy útil realizar una serie de mediciones al offset y promediarlas, de modo de optimizar la medición del ruido, y mejorar el cálculo del ruido de fase. Como contrapartida, esta medición se tornara más lenta ya que se requerirán los barridos como mediciones se intenten realizar.

Mejoras en el software:

Una importante mejora a realizar sobre el software es la de realizar la verificación de los valores que se le intentan setear al A.E. Algunos ejemplos de esta situación son:

Medición de THD: Que la cantidad de Armónicas a medir no supere la frecuencia máxima del analizador.

Que el Frequency Span que se intenta setear se encuentre dentro del máximo o mínimo valor admisible.


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5. CONCLUSIONES

Luego de la realización de este trabajo práctico se arribó a las siguientes conclusiones:

Se logró conocer en profundidad algunos conceptos sobre el funcionamiento del AE adicionales a

los vistos en clase, como también se reforzaron los conceptos vistos en la misma.

Se logró comprender y aplicar satisfactoriamente el protocolo y metodología a utilizar para el

manejo remoto de los equipos de medición.

Luego del intenso análisis de las mediciones a automatizar, fue posible:

o Comprender el objetivo de las mismas

o Comprender los procedimientos necesarios para su medición

o Finalmente, se analizaron los métodos para optimizar las mediciones una vez

automatizadas.


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6. REFERENCIAS

Las referencias deben numerarse con corchetes de manera secuencial a medida que aparezcan en el texto. Al final deben listarse dichas referencias. Ejemplo:

[1] Agilent Technologies, “Agilent N9320B Spectrum Analyzer User’s Guide”

[2] Agilent Technologies, “Agilent N9320B Spectrum Analyzer Programmer’s Guide”

[3] Agilent Technologies, “AN1286-1 - 8 Hints for Better Spectrum Analysis”

[4] Agilent Technologies, “AN1315 - Optimizing RF and Microwave Spectrum Analyzer Dynamic Range”

[5] Hewlett Packard, “Spectrum Analyzer Series Aplication Note 150-11”

[6] Hewlett Packard, “Undestanding and Measuring Phase Noise in the Frequency Domain”


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7 – ANEXOS

Anexo I – Manejo Remoto de Equipos de Medición

o Protocolo SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments)

Es un lenguaje de comandos basado en el código ASCII diseñado para equipos de medición y bancos de pruebas automáticos.

Se debe tener en cuenta que el estándar no provee una solución completa al intercambio de instrumental, sino que solo define comandos y respuestas comunes a todos los equipos sin asegurar funcionalidad, resolución, exactitud, etc…

Una de las grandes ventajas de este estándar es que facilita el reemplazo de equipos que utilizan este protocolo, respecto de intercambiar instrumentos que no lo usan.

Algunos términos de uso común en el protocolo serán:

Controlador: Cualquier computadora o dispositivo utilizado para comunicarse con el instrumento.

Instrumento: Cualquier dispositivo que implemente el protocolo SCPI, en general Generadores de Señales, o medidores

Comando: Equivale a instrucciones. La combinación de instrucciones darán como resultados mensajes que controlaran al instrumento para completar las tareas especificadas. En. general los comandos consisten en Mnemónicos, parámetros y puntuación

Consulta: Es un tipo de comando particular que le indica al instrumento que debe responder al controlador un determinado dato.

o Conexión del instrumental al ordenador:

Existen 3 tipos de interfaces que posibilitan la interconexión del instrumento al controlador para su comando.

Interfaz Ethernet Interfaz GPIB (FIXME – Ver si esta es una interfaz o es la interfaz que emula el USB LAN) Interfaz USB

Debido a la simplicidad configuración y programación se opta por la conexión USB entre el controlador y el AE, donde la interconexión entre los equipos se realiza según la siguiente imagen:

o Requerimientos del controlador:

Comúnmente se podrá utilizar una computadora personal como controlador, siempre y cuando cumpla con las siguientes características mínimas:

Microprocesador: Pentium II 450 Mhz o similar Sistema Operativo: Microsoft Windows XP SP1 o Windows 2000 Profesional SP4 Memoria Ram:128 Mb Espacio en Disco Rígido: 200 Mb


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Librerías: “Agilent IO Libraries” instaladas.

o Verificación de Conexión entre el controlador y el instrumento

Al establecerse la conexión entre el controlador y el instrumento, podremos observar que el AE se pondrá en modo Remoto a partir de donde se podrá observar:

El LED Verde encendido, indicando que el AE se encuentra encendido El LED Rojo encendido, indicando la comunicación e interacción entre el AE y el

controlador A excepción del botón Preset (Botón verde, arriba a la derecha), todos los controles del

AE se encontraran bloqueados.

Para sacar al equipo del modo remoto, solamente es necesario presionar el botón Preset


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Anexo II – Mediciones comparativas del índice de Modulación

NO

Seteo del Generador

(%)

Portadora Modulante Calculada Manual

Indicada Software Frecuencia

(Mhz)

Potencia Medida (dB) Frecuencia (Khz)

Potencia Medida (dB)

Manual Automatización Manual Automatización

1 0,1 100 0,17 -0,2813 5 -57,83 -54,904 0,25% 0,37%

2 0,3 100 0,090 -0,271 5 -58,000 -55,010 0,249% 0,366%

3 0,6 100 -0,560 -0,620 5 -51,500 -57,130 0,566% 0,680%

4 0,7 100 -0,560 -0,592 5 -48,800 -50,335 0,773% 0,650%

5 0,8 100 -0,490 -0,589 5 -49,220 -49,472 0,730% 0,718%

6 1 100 -0,100 -0,288 5 -46,700 -45,788 0,933% 1,059%

7 2 100 -10,340 -10,450 5 -50,740 -50,660 1,905% 1,950%

8 2,5 100 -10,410 -10,390 5 -47,780 -48,180 2,701% 2,570%

9 3 100 -10,280 -10,280 5 -46,330 -46,330 3,144% 3,140%

10 4 100 -10,250 -10,340 5 -44,320 -44,210 3,949% 4,049%

11 6 100 -10,230 -10,360 5 -40,520 -40,780 6,102% 6,021%

12 7,5 100 -10,210 -10,250 5 -38,750 -38,606 7,464% 7,647%

13 9 100 -10,300 -10,280 5 -37,200 -37,119 9,016% 9,101%

14 10 100 -10,250 -10,270 5 -36,300 -36,201 9,943% 10,100%

15 12 100 -10,370 -10,420 5 -34,810 -34,740 11,967% 12,162%

16 20 100 -10,390 -10,320 5 -30,150 -30,030 20,512% 20,680%

17 30 100 -10,400 -10,350 5 -26,650 -26,570 30,726% 30,894%

18 50 100 -10,530 -10,440 5 -22,170 -22,210 52,240% 51,573%

19 60 100 -10,560 -10,460 5 -20,610 -20,650 62,734% 61,800%

20 75 100 -10,100 -10,496 5 -18,400 -18,741 76,736% 77,404%

21 80 100 -10,260 -10,109 5 -17,990 -17,960 81,941% 82,317%

22 90 100 -10,260 -10,093 5 -17,000 -16,829 91,833% 92,090%

23 95 100 -10,300 -10,203 5 -16,500 -16,364 97,724% 98,395%

24 100 100 -10,290 -10,290 5 -16,060 -16,074

102,683%

102,830%

25 10 1000 -11,250 -11,350 5 -36,640 -37,032 10,728% 10,401%

26 10 1 -9,410 -9,388 5 -35,290 -35,210 10,139% 10,230%

27 10 0,79 0,290 0,180 1 -25,710 -25,710 10,000% 10,090%

28 25 0,79 0,320 0,181 0,1 -18,580 -18,113 22,646% 24,340%

29 25 0,59 0,300 0,301 1 -18,400 -18,028 23,174% 24,321%

30 25 0,59 0,340 0,244 0,524 -17,900 -17,946 24,434% 24,631%

Nota: Las mediciones números 1 2 3 y arrojaron un importante error en la medición automática debido al bajo nivel de potencia que presentaba la modulante. Tampoco se pudo obtener un resultado favorable en estos casos, al realizar el procedimiento “a mano”


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Anexo III - Mediciones de T.H.D.

Frecuencia Potencias por Armónica (dBm) THD (%) THD (%)

(Mhz) Generador 1ra 2da 3ra 4ta 5ta 6ta 7ma 8va 9na 10ma 11ra 12ra Calculo Soft

100 15 15,990 -6,700 -17,900 -28,400 -38,470 -50,200 7,636 7,605

250 15 15,580 -2,960 -16,310 -30,700 -48,400 -50,200 12,111 12,061

960 15 14,980 -12,900 -24,810 - - - 4,164 4,539

500 20 19,610 3,860 -4,300 -18,400 -21,400 -26,180 17,588 17,610

100 10 10,870 -19,350 -40,720 -53,130 -69,000 - - - 3,095 3,153

500 15 15,030 -14,610 -24,140 -32,700 -42,760 - - - 3,501 3,468

500 10 9,940 -27,050 -43,500 -60,000 -60,000 -60,000 1,431 1,443

500 5 5,100 -36,630 -60,300 -80,000 -80,000 - - - 0,821 0,811

500 0 0,010 -45,250 -72,000 -78,000 -75,000 - - - 0,547 0,545

50 20 19,560 2,610 -1,010 -8,630 -23,220 -19,010 -27,110 -32,200 -43,400 -41,200 17,519 16,111

50 15 15,300 -8,770 -20,430 -34,000 -39,400 -50,400 -63,300 -65,320 -72,000 -80,000 6,481 6,043

50 10 10,510 -20,250 -43,390 -54,660 -67,310 -76,600 -88,000 -88,000 -88,000 -88,000 2,905 2,682

50 5 5,340 -29,610 -65,180 -71,640 -82,000 - - - - - 1,789 1,644

1 20 17,090 -5,730 6,170 -9,230 -1,040 -13,800 -7,120 -19,780 -13,890 -32,510 -20,750 -33,800 33,112 33,160

1 15 15,440 -12,620 -7,800 -37,600 -26,950 -31,090 -61,160 -42,730 -56,830 -47,610 -52,600 -54,400 7,996 8,392

1 10 11,270 -22,610 -33,650 -50,820 -55,070 -64,780 -70,970 -68,070 -86,100 -75,600 -86,300 -84,000 2,103 1,877

1 5 6,230 -36,020 -50,660 -61,700 -75,760 -64,780 -80,840 -81,460 -86,380 -89,960 - - 0,787 0,796

1000 20 19,160 6,070 -3,520 - - - - - - - - - 23,342 23,315

960 20 18,900 5,610 -6,570 - - - - - - - - - 22,298 23,312

960 15 14,850 -12,890 -25,750 - - - - - - - - - 4,207 4,139

960 10 9,770 -24,600 -45,680 - - - - - - - - - 1,919 1,955

960 5 4,860 -36,220 -60,390 - - - - - - - - - 0,885 0,879

960 0 -0,420 -40,680 -69,660 - - - - - - - - - 0,971 1,009


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Anexo VI – Mediciones de Ruido de Fase

Portadora Offset Ruido de Fase (dBm)

(Mhz) (Khz) Automática A.E.

1 1 -78,900 -80,000

1 10 -84,930 -85,000

1 20 -88,460 -91,000

1 50 -94,070 -97,440

10 1 76,500 -78,500

10 10 -83,400 -85,100

10 20 -89,551 -91,200

10 50 -94,718 -97,630

100 1 -78,230 -78,300

100 10 -84,900 -83,500

100 20 -88,039 -91,000

100 50 -95,940 -97,350

500 1 -74,400 -75,400

500 10 -84,146 -83,340

500 20 -90,107 -91,200

500 50 -95,800 -97,100

1000 1 -72,873 -75,100

1000 10 -85,890 -86,800

1000 20 -92,350 -93,500

1000 50 -98,180 -

100,400

2000 1 -71,500 -72,100

2000 10 -80,990 -83,890

2000 20 -91,400 -92,700

2000 50 -97,311 -98,560

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL … · 2015-04-29 · finalmente por Visual C++...

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