2.4 Les différentes configurations intégrées du banc de mesure
2.4.1 Caractérisation du bruit de phase de sources hyperfréquences
Le bruit de phase de la source de fréquence s’avère extrêmement critique dans un système de communication. Il dégrade le rapport signal sur bruit en sortie du récepteur, que ce soit par effet d’interférences avec les canaux d’émission adjacents, par mélange des brouilleurs avec le bruit de phase de l’OL ou par l’erreur de phase qu’il engendre. Cette détection de bruit de phase de sources se fait par la configuration présentée par la figure 2.34.
Ce banc de mesure de bruit de phase détecte les fluctuations de phase de la source de référence placée en entrée. Le principe de fonctionnement repose sur le résonateur. Celui-ci à un comportement qui permet d’obtenir un retard entre ses bornes d’environ 25 ns, pour une fréquence de résonance comprise entre 1,75 GHz et 1,95 GHz. Ce délai peut être assimilé à une ligne à retard. Le fonctionnement du banc de mesure devient similaire à un discriminateur de fréquence.
2.4. LES DIFFÉRENTES CONFIGURATIONS INTÉGRÉES DU BANC DE MESURE 89 Le résonateur BAW a pour effet de transformer les fluctuations de fréquence de la source, en fluctuations de phase. Le signal en sortie sera l’image du comportement du bruit de phase de la source de référence. La composition du banc de mesure est très similaire au banc de mesure de bruit de phase à un quadripôle. La figure 2.34 représente un banc de mesure de bruit de phase générique, qui peut mesurer n’importe quel oscillateur pourvu que sa fréquence de sortie corresponde à celle du résonateur. En effet, le résonateur se comporte comme un filtre passe- bande très tendu. Pour que le signal le traverse, il est nécessaire de s’assurer que la fréquence provenant de la source de référence corresponde à la fréquence de résonance du résonateur. Ce banc nous semble très utile car il permet :
– de mesurer le bruit de phase de VCO à résonateur LC (car sa sensibilité est largement suffisante pour les mesurer - QBAW» QLC)
– de mesurer le bruit de phase d’un VCO-BAW (à condition de bien choisir le résonateur du banc en terme de Q et de bruit)
– de mesurer de manière efficace loin de la porteuse le bruit de phase d’un synthétiseur de fréquence.
Afin de contrôler la fréquence du signal et d’anticiper d’éventuelles dispersions du résonateur autour de sa fréquence de résonance, une contre-réaction dans le dispositif de mesure a été introduite. Cette contre-réaction est composée d’une cellule de détection qui permet de mesurer le niveau de puissance traversant le résonateur.
La puissance mesurée est l’image de la fréquence du signal fournie par la source de référence. En effet, quand le niveau de puissance en sortie du résonateur est maximal, le signal est à la fréquence de résonateur du BAW. Le fonctionnement est le suivant :
– La contre-réaction est placée entre la voie RF du mélangeur et l’entrée de contrôle du DDS. Le système de détection détermine la fréquence d’oscillation libre F1 du DDS.
– La valeur de la puissance détectée n’étant pas maximale, un petit décalage fréquentiel est ajouté à la fréquence de contrôle du DDS.
– Le mot de contrôle changé, la fréquence d’oscillation du DDS est égale à F1± ∆F.
– Ce processus est répété jusqu’à l’égalité des fréquences, d’oscillation du DDS et de réso- nance du BAW (F0=F1± ∆F).
Ainsi, la fréquence de l’oscillateur d’entrée est « recalée » exactement à la fréquence de résonance du BAW. Les fluctuations de bruit en tension (Sv(f)) présentes en sortie du banc
de mesure sont détectées et transmises à un convertisseur analogique numérique (ADC). Le dispositif présenté à la figure 2.34 comprend une cellule numérique incluant notamment un processeur de signaux numériques (DSP) utilisé pour traiter les signaux fournis par le module ADC. La densité spectrale en tension ainsi numérisée est convertie par un module mathématique de transformée de Fourier rapide (FFT) similaire à ceux présents dans les analyseurs de spectre.
Cette cellule numérique fait déjà partie de l’architecture d’un transceiver de téléphonie mobile. Il sera aisé de l’utiliser quand celui-ci ne sera pas en fonction « communication » et cela n’amène donc pas de surcoût.
Le signal ainsi traité peut éventuellement être visualisé par une connexion externe dédiée. Le contrôle externe du bruit de phase de la source de référence est possible sans l’utilisation d’appareils de mesures.
Figure2.35 – Banc de mesure de bruit de phase de sources large bande.
Le cas de la détection du bruit de phase du DDS en tant que source n’est qu’un cas particulier. Il est possible de faire évoluer encore une fois l’architecture du système de mesures intégré.
En effet, dans la configuration de la figure 2.34, il est nécessaire que la fréquence d’oscillation libre du DDS soit proche de la fréquence de résonance du BAW.
Cependant, les fréquences d’oscillations de sources hyperfréquences ne sont pas toujours comprises entre 1.75 GHz et 1.95 GHz. Il est nécessaire mettre en place une configuration du banc de mesure qui permet de caractériser le bruit de phase des sources de n’importe quelles fréquences. La solution apportée est la configuration présentée par la figure 2.35.
La composition et le principe de fonctionnement sont très proches de la structure précédente. Nous avons placé un étage de conversion de fréquence au banc de mesure de bruit de phase passif à bande étroite. Cet étage est composée d’un oscillateur local (source RF de type VCO ou DDS), d’un mélangeur et d’un amplificateur. Le dispositif sous test est la source OL. Le mélangeur et l’amplificateur du module de conversion de fréquence, pour n’avoir aucune influence sur la mesure, sont choisis à faible bruit de phase (inférieurs au VCO). L’oscillation provenant de la source OL a une fréquence libre différente de la fréquence de résonance du BAW. Le banc de mesure ne peut donc pas fonctionner.
2.4. LES DIFFÉRENTES CONFIGURATIONS INTÉGRÉES DU BANC DE MESURE 91 L’asservissement de fréquence envoie une commande au DDS qui change la valeur de sa fréquence. Cette oscillation est mélangée par la suite au signal fourni par la source OL le système de caractérisation intégré. Le mélangeur est utilisé pour créer une transposition fréquentielle, et ainsi fournir une fréquence de sortie correspondante à la fréquence de résonance du BAW. Le niveau de puissance d’entrée régulé par l’amplificateur, le banc de mesure peut maintenant évaluer le spectre de bruit de la source OL.
La configuration particulière de ce banc de caractérisation intégré possède deux modes de fonctionnement. Un mode de mesure de bruit de phase du DDS seul, et un mode de caractérisation large bande de VCO. En effet, le mélange des signaux de la source OL et du DDS, autorise une détection du bruit de phase des sources comprises entre quelques MHz et :
Fréquencemaximale OL= FréquenceOscillation max. du DDS± FréquenceRésonance BAW
Le bruit de l’amplificateur et du mélangeur du systèmè de conversion de fréquence devront être très faibles devant la source à mesurer. Par contre, les performances en bruit de phase du DDS risque de fixer le plancher de la mesure [21]. La contre-réaction pour ajuster la fréquence du DDS doit être à bande étroite. C’est juste un recalage de la fréquence effectué avant la mesure.