GB/T 35011-2018 微波电路 压控振荡器测试方法
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资料介绍
ICS 3 1 . 200 L 58
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 3501 1—2018
微波电路 压控振荡器测试方法
Microwavecircuits—Measuringmethodsforvoltagecontrolledoscillator
2018-03-15 发布 2018-08-01 实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会
发
布
GB/T 350 1 1—2018
GB/T 350 1 1—2018
前 言
本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。
请注意本文件中的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。
本标准由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC 78)归口 。
本标准起草单位:中国电子科技集团公司第五十五研究所、中国电子技术标准化研究院、中国电子科技集团公司第十三研究所。
本标准主要起草人:温艳兵、李虹、周俊、郭文胜。
GB/T 350 1 1—2018
微波电路 压控振荡器测试方法
1 范围
本标准规定了压控振荡器(以下简称“振荡器”)主要电参数的测试方法。
本标准适用于双极晶体管(BJT)和场效应管(FET)制造的压控振荡器,其他电压控制输出频率的振荡器可以参照使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 17573—1998 半导体器件 分立器件和集成电路 第 1 部分:总则
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
频率范围 frequencyrange
R荡器所能输出的频率区间。
注:频率范围通常用最低工作频率 fL与最高工作频率 fH来表示。
3.2
长期频率稳定度 long-term frequencystability
δft
在一定时间内,频率的相对变化量。
3.3
输出功率 outputpower
P0
振荡器输出信号的功率值。
3.4
输出功率平坦度 outputpowerflatness
ΔP0
振荡器在控制电压范围内,振荡器最大与最小输出功率之差。
3.5
输出功率温度系数 outputpowertemperaturecoefficient
αP
规定的温度范围内,由于环境温度的变化引起振荡器输出功率的变化率。
3.6
电调灵敏度 tuningsensitivity
Kfv
GB/T 350 1 1—2018
振荡器输出频率随电调电压变化的斜率。
3.7
电调线性度 tuninglinearity
Lfv
在振荡器频率范围内,最大电调灵敏度与最小电调灵敏度的比值。
3.8
推频系数 frequencypushing
Δf/Δv
振荡器的工作电压变化引起输出频率的变化量。
3.9
频率牵引 frequencypulling
Δfid
振荡器在指定失配的情况下,负载全相位变化时输出频率变化量。
3 . 10
频率温度系数 frequencytemperaturecoefficient
αf
在规定的温度范围内,由于环境温度的变化引起振荡器输出频率的变化率。
3 . 1 1
N 次谐波抑制度 n-thorderharmonicdistortionratio
Rfn
基波功率和与输出频率相干的 N 次谐波功率之比。
3 . 12
杂波抑制度 spuriousrejection
Rfs
基波功率和与基波频率成非谐波关系的最大杂散频谱功率之比。
3 . 13
相位噪声 phasenoise
戈(fm)
在偏离基波频率 f 处,1 Hz带宽内噪声功率与基波功率的比值。
3 . 14
调制带宽 modulation bandwidth
Bmod
输出频率范围较直流减少 3 dB 时的调制频率。
3 . 15
功率耗散 powerdissipation
PS
在输出端接 50 Ω 负载的情况下,振荡器工作时消耗的功率。
4 一般要求
4 . 1 测试条件和环境要求
除另有规定外,所有测试应在温度为 25 ℃ ±3 ℃、相对湿度为 20%~80%和气压为 86 kPa~106 kPa
GB/T 350 1 1—2018
条件下进行。 测试环境应无影响结果准确性的机械振动和电磁干扰。
仲裁试验的标准大气条件为:温度 25 ℃ ± 1 ℃ ,相对湿度 48%~52%,气压 86 kPa~106 kPa。
4 . 2 测试仪器和设备
测试仪器和设备应满足下列要求:
a) 测试仪器应经检定、校准合格,并在计量有效期内;
b ) 测试仪器和设备的量程、准确度应满足测试要求;
c) 测试时仪器和设备应良好接地;
d) 测试采用的电源其电压、纹波及电源噪声电平等应满足测试要求。
4 . 3 注意事项
测试时注意事项如下:
a) GB/T 17573—1998 第 Ⅶ篇第 1 章列出的一般注意事项;
b ) 应按振荡器要求进行加电,并按照测试仪器说明书规定额预热时间充分预热,若说明书未规定预热时间,一般预热不小于 30 min;
c) 保证系统接地良好;
d) 若工作电压为多路时,应注意加电顺序;
e) 若振荡器为多路输出,除测试端口外,其他端口应接负载;
f) 除另有规定外,系统的输入、输出阻抗应为 50 Ω,输入、输出驻波比应小于 2 ;
g) 当操作静电敏感器件时,应遵循 GB/T 17573—1998 第 Ⅸ篇中的注意事项;
h) 应使用合适的测试夹具进行测试。
5 详细要求
5 . 1 频率范围(fR)
5 . 1 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器输出的频率区间。
5 . 1 . 2 测试框图
测试框图见图 1 。
图 1 频率范围测试框图
5 . 1 . 3 数据采集
从频率计或频谱仪上直接读取最高电压与最低电压对应的频率。
5 . 1 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
GB/T 350 1 1—2018
a) 按图 1 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 从频率计/频谱仪中读取输出频率;
d) 按照要求调整电调电压,从最低电压(UTMIN) 开始,按照步进值(UTSTEP) 逐步提高到最高电压(UTMAX),最高电压与最低电压对应的频率即为频率范围 fR 。
5 . 1 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 2 输出功率(P0)、输出功率平坦度(ΔP0)
5 . 2 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器的输出功率、最大与最小输出功率之差。
5 . 2 . 2 测试框图
测试框图见图 2 。
图 2 输出功率、输出功率平坦度测试框图
5 . 2 . 3 参数计算
输出功率 P0 通过功率计读取(需要对系统损耗进行校准)。
在电调电压范围内,输出功率最大值(PMAX)与输出功率最小值(PMIN)之差即为输出功率平坦度。
ΔP0 = PMAX - PMIN …………………………( 1 )
式中:
ΔP0 —输出功率平坦度,单位为分贝( dB) ;
PMAX —最大输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
PMIN —最小输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) 。
5 . 2 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 2 连接好测试系统,并对系统损耗进行校准;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 从功率计中读取的数值即为输出功率;
d) 按照要求调整电调电压,从最低电压(UTMIN) 开始,按照步进值(UTSTEP) 逐步提高到最高电压(UTMAX),并记录指定的频率带宽范围内的输出功率;
GB/T 350 1 1—2018
e) 按式(1)计算输出功率平坦度。
5 . 2 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 3 电调灵敏度(kfv)、电调线性度(Lfv)
5 . 3 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器每单位电调电压产生的频率变化量、最大电调灵敏度与最小电调灵敏度的比值,电调线性度反映了振荡器电调灵敏度随电压变化的线性程度。
5 . 3 . 2 测试方法(一)
5 . 3 . 2 . 1 测试框图
测试框图见图 1 。
5 . 3 . 2 . 2 参数计算
电调灵敏度由式(2)计算而得,电调线性度由式(3)计算而得。
式中:
Kfv — 电调灵敏度,单位为兆赫兹每伏(MHz/V) ;
F2 — 电调电压为 UT 时输出频率,单位为兆赫兹(MHz) ;
F1 — 电调电压 UT-UTSTEP 时输出频率,单位为兆赫兹(MHz) ;
Lfv — 电调线性度;
Kfv MAX —最大电调灵敏度,单位为兆赫兹每伏(MHz/V) ;
Kfv MIN —最小电调灵敏度,单位为兆赫兹每伏(MHz/V) 。
UTSTEP — 步进电压,单位为伏(V) 。
5 . 3 . 2 . 3 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 1 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 按照要求调整电调电压,从最低电压(UTMIN) 开始,按照步进值(UTSTEP) 逐步提高到最高电压(UTMAX),并记录对应电调电压点的输出频率;
d) 按照式(2)计算电调灵敏度;
e) 按照式(3)计算电调线性度。
5 . 3 . 2 . 4 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
GB/T 350 1 1—2018
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 3 . 2 . 5 说明事项
该测试方法为测试点数较少时使用,当测试点数较多时,使用方法(二)进行测试,同时由于测试点数的限制,在实际测试中测试结果会较方法(二)有一定偏差,测试结果以方法(二)为准。
5 . 3 . 3 测试方法(二)
5 . 3 . 3 . 1 测试框图
测试框图见图 3 。
图 3 电调灵敏度测试框图
5 . 3 . 3 . 2 数据采集
使用信号源分析仪可直接从电调灵敏度窗口读取对应电调电压的电调灵敏度。
5 . 3 . 3 . 3 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 3 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 将信号源分析仪设置为频率/功率模式;
d) 按照要求设置最低电压(UTMIN)、最高电压(UTMAX) 及测试点数[(UTMAX-UTMIN)/UTSTEP+1] ,从电调灵敏度窗口直接读出对应电压的电调灵敏度;
e) 按照式(3)计算电调线性度。
5 . 3 . 3 . 4 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 4 长期频率稳定度(δft)
5 . 4 . 1 目的
在规定条件下,测试一定时间内振荡器频率的相对变化量。
5 . 4 . 2 测试框图
测试框图见图 4 。
GB/T 350 1 1—2018
图 4 长期频率稳定度测试框图
5 . 4 . 3 参数计算
长期频率稳定度指在规定的工作时间内振荡器输出频率的变化,由式(4)计算而得:
δft = FMAX - FMIN …………………………( 4 )
式中:
δft —长期频率稳定度,单位为兆赫兹(MHz) ;
FMAX —最大工作频率,单位为兆赫兹(MHz) ;
FMIN —最小工作频率,单位为兆赫兹(MHz) 。
5 . 4 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 4 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压,将频谱仪设为最大保持模式;
c) 将振荡器置于要求的环境内或工作状态下规定时间后,从频谱仪上可观测到最大与最小输出频率,两者之差即为长期频率稳定度。
5 . 4 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 工作时间 T。
5 . 5 输出功率温度系数(αp)、频率温度系数(αf)
5 . 5 . 1 目的
在规定的条件下,测试振荡器由于环境温度变化引起的输出功率变化率和输出频率变化率。
5 . 5 . 2 测试框图
测试框图见图 1、图 2 。
5 . 5 . 3 参数计算
输出功率温度系数和频率温度系数反应了在温度变化时,振荡器工作的稳定性,由式(5) 和式(6)计算。
GB/T 350 1 1—2018
式中:
αP —输出功率温度系数,单位为分贝每摄氏度(dB/℃) ;
PTMAX —最高工作温度下输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
PTMIN —最低工作温度下输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
αf —频率温度系数,单位为兆赫兹每摄氏度(MHz/℃) ;
FTMAX —最高工作温度下输出频率,单位为兆赫兹(MHz) ;
FTMIN —最低工作温度下输出频率,单位为兆赫兹(MHz) ;
TMAX —最高工作温度,单位为摄氏度(℃) ;
TMIN —最低工作温度,单位为摄氏度(℃) 。
5 . 5 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 将振荡器置于高低温箱内,偏置电压、电调电压及输出用导线或电缆引出;
b ) 将高低温箱设置到最低工作温度后开机,达到温度后,按照要求恒温相应时间;
c) 按图 1 连接好测试系统,并对系统损耗进行校准,对被测振荡器施加规定的工作电压,测试对应电调电压点的输出频率;
d) 按图 2 连接好测试系统,并对系统损耗进行校准,对被测振荡器施加规定的工作电压,测试输出功率;
e) 将高低温箱设置到最高工作温度后开机,达到温度后,按照要求恒温相应时间;
f) 重复步骤 c)、d) ;
g) 按照式(5)计算对应电调电压的输出功率温度系数;
h) 按照式(6)计算对应电调电压的频率温度系数。
5 . 5 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 6 频率牵引(Δfid)
5 . 6 . 1 目的
在规定的条件下,测试当负载相位在 0°~360°范围变化时振荡器输出频率变化量。
5 . 6 . 2 测试框图
测试框图见图 5 。
图 5 频率牵引测试框图
GB/T 350 1 1—2018
5 . 6 . 3 数据采集
调整移相器值,从频谱仪上读取输出频率之差。
5 . 6 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 5 连接好测试系统;
b ) 根据要求的电压驻波比查表 1 调整图 5 衰减器值;
c) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压,将频谱仪设为最大保持状态;
d) 在 0°~360°范围内调整移相器的移相值,从频谱仪上读出最大输出频率与最小输出频率,二者之差即为频率牵引。
表 1 电压驻波比与衰减量对照表
5 . 6 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
5 . 7 推频系数(Δf/Δv)
5 . 7 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器由工作电压变化引起的输出频率的变化量。
5 . 7 . 2 测试框图
测试框图见图 4 。
5 . 7 . 3 数据采集
改变工作电压,从频谱仪上读取输出频率之差。
5 . 7 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 4 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压;
c) 从频谱仪中读取输出频率;
d) 按规定改变工作电压,从频谱仪中读取输出频率;
GB/T 350 1 1—2018
e) 二者之差即为推频系数。
5 . 7 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
5 . 8 n 次谐波抑制度(Rfn)
5 . 8 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器基波功率与 n 次谐波功率之比。
5 . 8 . 2 测试框图
测试框图见图 4 。
5 . 8 . 3 参数计算
通过频谱仪测试被测振荡器输出基波功率 P0 ,二次谐波功率 P2th , 三次谐波功率 P3th , …n 次谐波功率Pnth , 由式( 7 ) 计算 n 次谐波抑制度为:
Rfn=P0 - Pnth …………………………( 7 )
式中:
Rfn —谐波抑制度,单位为分贝( dB) ;
P0 —基波的输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
Pnth —n次谐波的输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) 。
5 . 8 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 4 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压;
c) 从频谱仪中读取基波功率、谐波功率,并根据式(7)计算 n 次谐波抑制度。
5 . 8 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT ;
c) 步进电压 UTSTEP 。
5 . 9 杂波抑制度(Rfs)
5 . 9 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器基波功率和与基波频率成非谐波关系的最大离散频谱功率之比。
5 . 9 . 2 测试框图
测试框图见图 4 。
GB/T 350 1 1—2018
5 . 9 . 3 参数计算
通过频谱仪测试被测振荡器输出基波功率 P0 ,频带内与谐波无关最大功率 Pfs:由式(8) 计算杂波抑制度:
Rfs = P0 - Pfs …………………………( 8 )
式中:
Rfs —杂波抑制度,单位为分贝( dB) ;
P0 —基波功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
Pfs —杂波功率,单位为分贝毫瓦(dBm) 。
5 . 9 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 4 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压;
c) 从频谱仪中读取基波功率、杂波功率,并根据式(8)计算杂波抑制度。
5 . 9 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
5 . 10 相位噪声[£(fm)]
5 . 10 . 1 目的
在规定条件下,测试在偏离输出频率处,1 Hz带宽内振荡器噪声功率与输出功率的比值。
5 . 10 . 2 测试方法(一)
5 . 10 . 2 . 1 测试框图
测试框图见图 3 。
5 . 10 . 2 . 2 数据采集
在信号源分析仪相位噪声模式下直接读取相应频偏处相位噪声。
5 . 10 . 2 . 3 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 3 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压;
c) 将信号源分析仪设为相位噪声模式,从信号源分析仪上读取相应频率偏移 fm时相位噪声。
5 . 10 . 2 . 4 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
GB/T 350 1 1—2018
5 . 10 . 3 测试方法(二)
5 . 10 . 3 . 1 测试框图 测试框图见图 6 。
图 6 相位噪声测试框图
5 . 10 . 3 . 2 参数计算
相位噪声由式(9)计算而得:
戈(fm) = PP - P0 - 10 × lg(BW RES/10) …………………………( 9 )
式中:
戈 (fm) —相位噪声,单位为分贝每赫兹(dBc/Hz) ;
PP —相应频偏处功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
P0 —输出功率,单位为分贝毫瓦(dBm) ;
BWRES —分辨率带宽,单位为赫兹(Hz) 。
5 . 10 . 3 . 3 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 6 连接好测试系统,图 5 中 R 的阻值为 2 kΩ~5 kΩ,滤波电容值一般为 10 μF钽电容(一端接入电路,另一端接地);
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压及电调电压;
c) 将频谱仪带宽设为需要测试频率偏移 fm的十倍,按照式(9)计算相位噪声。
5 . 10 . 3 . 4 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
5 . 10 . 3 . 5 说明事项
该测试方法由于频谱仪底部噪声限制,在实际测试中测试结果会较方法(一)有一定偏差,测试结果以方法(一)为准。
5 . 1 1 调制带宽(Bmod)
5 . 1 1 . 1 目的
在规定条件下,测试振荡器的调制带宽。 当电调电压以直流或者较低频率变化时,输出频率将随之
GB/T 350 1 1—2018
变化,当电调电压变化频率过高时,对于同样幅度的电调电压的改变,输出频率的变化量变小。 当频率
的改变量只有 DC或缓慢变化时的 1/槡2 时,电调电压的变化频率即为振荡器的调制带宽。
5 . 1 1 . 2 测试框图
测试原理图见图 7 。
图 7 调制带宽测试框图
5 . 1 1 . 3 参数计算
首先,定义 β 为调制系数,其计算公式如下:
式中:
kfv — 电调灵敏度,单位为兆赫兹每伏(MHz/V) ;
vmod — 调制电压,单位为伏( V) ;
fmod —调制频率,单位为兆赫兹(MHz) 。
5 . 1 1 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 7 连接好测试系统,图 7 中电容 C 的值为 0 . 01 μF~1 μF, 电阻 R 的值为 10 kΩ;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 设调制电压vmod为 0,并记录此时频谱仪上的输出功率 P0 ;
d) 将调制频率 fmod设为预计调制带宽 Bmod 的 1/10 左右,并根据式(11) 计算所需的调制电压vmod 值,式 ( 11) 中调制系数 β 设为 2 . 4,此时输出功率应较 P0(vmod=0)小 30 dB 以上;
e) 逐渐提高调制频率 fmod和调制电压vmod , 并保持vmod /fmod的比值不变,当输出功率增长为 P0 (vmod=0) 的 -8dB 时,此时调制系数 β 等于 1.697( =2.4×0.707) ;
f) 从信号源上读取此时调制频率 fmod , 即为调制带宽 Bmod 。
5 . 1 1 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 U ;
b ) 电调电压 UT 。
5 . 12 功率耗散(ps)
5 . 12 . 1 目的
测试振荡器在规定条件下工作时消耗的功率。
GB/T 350 1 1—2018
5 . 12 . 2 测试框图
测试框图见图 8 。
图 8 功率耗散测试框图
5 . 12 . 3 参数计算
功率耗散由下式计算而得:
犘S =犝1 × 犐1 +犝2 × 犐2 + … +犝n × 犐n …………………………( 12 )
式中:
犘S — 功率耗散,单位为瓦(W) ;
犝n — 工作电压,单位为伏( V) ;
犐n — 工作电流,单位为安(A) 。
5 . 12 . 4 测试程序
应按以下程序进行测试:
a) 按图 8 连接好测试系统;
b ) 对被测振荡器施加规定的工作电压;
c) 用电压表测试被测振荡器各个工作电压 犝1、犝2…犝狀,用电流表测试被测振荡器工作电流 犐1 、犐2 … 犐狀 ;
d) 按照式(12)计算振荡器功率耗散。
5 . 12 . 5 规定条件
应规定下列测试条件:
a) 工作电压 犝 ;
b ) 电调电压 犝T 。
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