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インターモジュレーション歪み（IMD）試験について

SIGLENT SDG2042XジェネレーターとSSA3021Xスペクトラムアナライザーを使用して、ループアンプのインターモジュレーション歪み（IMD）をテストするための非常に詳細なテスト手順を構築しました。

IMDはオーディオアンプやラジオ受信機の検証にとって重要なテストであり、IMDが高いと可聴歪みが発生し、伝送の品質が低下する可能性があります。

この実験では、AA7UとN4CYはSIGLENT SDG2042Xジェネレーターを使用してIMDトーンを生成し、SIGLENT SSA3Xスペクトラムアナライザーを使用して結果を測定します。

彼らはまた、ジェネレーターの高調波成分を減少させるフィルタを構築し、市販の製品よりも優れた性能を持つカプラーを作成しました。

 

 

   

 

   

 

 

Siglent SDG2042X（AWG）デュアルチャネル任意波形ジェネレーターのIMDテストセットアップ

 

  1. AWG（任意波形ジェネレーター）をオンにし、初期化が完了するまで待ちます。
  2. 周波数が強調表示され、デフォルトで1 kHzが設定されています。画面下部の「MHz」に触れ、「3」を入力してから「MHz」をタッチします。これにより、周波数が設定されます。
  3. チャンネル1を3 MHz（3.007 MHz）に設定し、チャンネル2を4 MHz（4.011 MHz）に設定します（SIGLENT SSA3021Xには5 MHzでサブハーモニックスパーがあるため、奇数周波数を使用します）。
  4. ロードはデフォルトで「HI Z」に設定されています。画面下部の「50 Ω」を選択します。
  5. 振幅は50オーム負荷時にデフォルトで2.00 Vppに設定されています。「0」を入力し、画面下部の「dBm」をタッチします。dBmに設定されていることを確認してください。
  6. 出力はデフォルトでOFFになっています。これをタッチするとONになり、Ch1のインジケーターが点灯し、BNCコネクター横のボタンも点灯します。
  7. 上記と同様にCh2も設定します。
  8. 各チャネルの振幅設定を調整し、バンドパスフィルタ（BPF）、38 dBアッテネータ、コンバイナ、およびテスト対象のデバイス（DUT）を通過させ、スペクトラムアナライザー（SA）で0 dBmを得ます。SAの内部アッテネータは-20 dBに設定します。

（注：例として、これは約 -10dBmになります。）3 MHzのBPFが3.004 MHzのチャネルに接続され、4 MHzのBPFが4.011 MHzのチャネルに接続されていることを確認してください。

 

   

 

 

IMDテストセットアップ–Siglent SSA 3021X用スペクトラムアナライザー設定

セットアップには2つの部分があります。最初の部分はDUT出力でレベルを0 dBmに設定し、2番目の部分はIMDを測定します。

パート1

（キャリブレーション）最初に「プリセット」を押し、初期設定を行います。

  1. センタ周波数を3.5 MHz、スパンを6 MHz、振幅のリファレンスレベルを+10 dBmに設定します。
  2. DUT（電源オン）の出力をSA入力に接続します。AWGで3 MHzまたは4 MHzのテストトーンのいずれかにチューニングします。SAで0.1 dB以内の0 dBmになるようにジェネレーターを調整します。次にもう一方のテストトーンにチューニングし、ジェネレーターを0 dBmに調整します。
  3. 各トーンを再確認し、何も変わっていないことを確認します。これで初期設定が完了します。
   

 

パート2

1) DUT出力をSAから切り離し、リジェクトフィルタの入力に接続します（20 dBの内蔵アッテネータがあります）。リジェクトフィルタの出力をSAのRF入力に接続します。

2) 4つのIMD周波数を確認します。

    • スパンを1 kHzに設定します。
    • 振幅設定でプリアンプをオフにし、リファレンスレベルを-60 dBmに設定します。アッテネーションをマニュアルに設定し、アッテネーションを0.00 dBに設定します。
    • トレースボタンを押し、「Avg Times 100」を選択します。

3) 1 MHz（1.004 MHz）の2IMDプロダクトをディスプレイ中央で確認します。ピークボタンまたはマーカーボタンを押し、メインチューニングノブを使用して信号のピークに合わせてチューニングします。100回の平均を待ち、その中間値を記録します。

   

 

4)  7 MHz（7.018 MHz）の2IMDプロダクトにチューニングし、そのレベルを記録します。

 

   

 

 

5)   2 MHz（2.003 MHz）の3IMDプロダクトにチューニングします。これにより、通常は非常に弱く、SAのプリアンプが必要になる場合があります。そのレベルを記録します。

   

   

 

6)  5 MHz（5.015 MHz）にチューニングし、そのレベルを記録します。これで4つのIMDレベルが測定されました。

 

   

OIP2を求める式を使用します。（2IMDレベル - その周波数でのリジェクトフィルタの損失1および7 MHz）= OIP2。

両方の2IMD周波数のOIP2を求めます。通常、これらは異なり、最悪のケースを使用するか、または両方の出力インターセプトを指定します。

OIP3を求める式を使用します。（3IMDレベル - その周波数でのリジェクトフィルタの損失2 MHzおよび5 MHz）/ 2 = OIP3。両方の3IMD周波数のOIP3を求めます。通常、これらはほぼ同じです。

 

 

■例

私のリジェクトフィルタは、1 MHzで-21.6 dBの損失、7 MHzで-20.39 dBの損失があります。3IMD周波数では、2 MHzで-20.65 dBの損失、5 MHzで-22.62 dBの損失があります。

上記のIMDスイープから得られた例を以下の計算で使用します。

1 MHz（-109.65 dBm）-（-21.6 dBの損失）=（109.65 - 21.6 = 88.5）= +88.05 dB OIP2。

7 MHz（-111.66 dBm）-（-20.39 dBの損失）=（111.66 - 20.39 = 91.27）= +91.29 dB OIP2。

通常、最悪のケースを取り、それを指定します。これは+88.05 dBになります。

2 MHz（~ -112.9 dBm）-（-20.65 dBの損失）=（112.9 - 20.65）= 92.25 / 2 = +46.13 dB OIP3。

5 MHz（~ -111.66 dBm）-（-22.62 dBの損失）=（111.66 - 22.62）= 89.04 / 2 = +44.52 dB OIP3。

通常、これらは非常に近いはずですが、最悪のケースを取る必要があり、これは+44.62 dBであることを指定します。

 

 

バンドパスフィルタ、コンバイナ、および3 MHzと4 MHzバンドリジェクションフィルタを接続したシステムIMDインターセプトテスト

 

これらはすべてノイズフロアにあり、非常に良好です。以下の結果を達成するために、ローパスフィルタの代わりにバンドパスフィルタを追加する必要がありました。

1 MHz（1.004 MHz） -151.26 dBm

7 MHz（7.018 MHz） -152.45 dBm

2 MHz（2.003 MHz） -153.51 dBm

5 MHz（5.015 MHz） -152.26 dBm

これらは、二次および三次IMDの単純な式であり、任意の2つの周波数を使用してIMD生成物を計算できます。

二次：F1 + F2；F2 - F1

三次：2F1 + F2；2F1 - F2；2F2 + F1；2F2 - F1

 

3 MHzおよび4 MHzトーン

3 + 4 = 7 MHz；4 - 3 = 1 MHz；6 + 4 = 10 MHz；6 - 4 = 2 MHz；8 + 3 = 11 MHz；8 - 3 = 5 MHz

 

バンドストップリジェクションフィルタの構築

このフィルタを構築して調整する最も簡単な方法は、各ダイポール（調整回路）を個別にテストすることです。3,250 kHzが目標です。以下に、VNA（ベクトルネットワークアナライザ）を使用して各ダイポールを確認および調整したスイープを示します。並列回路の片方をパッドにハンダ付けし、調整後にもう一方を接続することで調整できました。フィルタ調整にはSIGLENT SSA3000X、SSA3000X Plus、またはSVAも使用できます。

以下は、IMDテストで使用される最終的なバンドリジェクションフィルタのスイープです。3 MHzと4 MHzで約58 dBのリジェクションがあります。

以下は、完成した3/4 MHzバンドストップフィルタとスイープです。

https://siglentna.com/application-note/measuring-filter-characteristics-using-ssa3000x-spectrum-analyzer/

 

 

   

 

   

 

以下は、IMDテストで使用される最終的なバンドリジェクションフィルタのスイープです。3 MHzと4 MHzで約58 dBのリジェクションがあります。

 

   

 

 

   

20 dBのπパッドは、62オームのシャントと3300オームの並列に接続された270オームの直列抵抗で作成できます。（図には249.6オームと表示されていますが、理論値は248オームです。）

3 MHzと4 MHzのバンドパスフィルタは、各ポールを調整しながらインストールすると、簡単に構築できます。各ポールの周波数を赤でマークし、使用したマイクロメタルトロイドと各ポールに必要な巻き数も示しました。トロイドコアのロットごとにばらつきがあるため、各ポールに若干の調整が必要になる場合があります。LCRメーターを使用して巻き数を調整し、目的のインダクタンスを得るのに役立ちます。各ポールの調整には、Array Solutions VNA2180を使用し、最終的なフィルタを評価しました。SIGLENT SVA1000X VNAも使用できます。


4 MHz BPF

 

   

 

3 MHz BPF

 

   

 

 

   

 

 

   

 

AA7U ハイブリッドコンバイナ

   

 

フィルタを通過する損失は6.13 dB/5.95 dBであり、3 MHzでは入力ポート間のアイソレーションが74.58 dB、4 MHzでは73.97 dBです（出力ポートは50Ω終端されています）。フィルタを完成させ、テストした後、ホットメルト接着剤で満たしました。

 

   

 

以下は、出力ポートを50Ω終端した状態で、2つの入力ポート間のハイブリッドコンバイナのスイープです。

 

   

 

これは、ハイブリッドコンバイナを使用して3 MHzと4 MHzの2つのテストトーンを表示したスイープです。非常にシャープな表示になっています。

 

   

 

Siglent SAのスクリーンショットの取得方法

  1. サムドライブをSiglentの前面USBポートに挿入します。
  2. 画面右上に青いUSBアイコンが表示されます。
  3. 「ファイル」ボタンを押します。
  4. PC上で表示されるのと似たファイルディレクトリが表示されます。

ディレクトリには次の2つのフォルダが表示されます：

  • Local: free 80.74 MB（サイズは異なる場合があります）
  • +U-disk0: 748.00 KB/975.88 ME（サイズは異なる場合があります）

右側のソフトキーで、「保存形式」をPNGに設定します。ボタンを押してJPG（または必要なファイル形式 – CSV、LIM、JPG、BMPなど）を選択します。

周波数調整ノブを回して+U-disk0ディレクトリを選択します。

サムドライブに現在保存されているファイルが表示されます。

「Enter」ボタンを押します。

「操作」ボタンを押します。

「マーカー」ボタンを押します。

メインディスプレイ画面に戻ります。

保存したい画面を設定します。

「保存」ボタンを押します。

ポップアップウィンドウが表示され、「名前：JPG1」と「入力タイプ：abc」がデフォルトで表示されます。

数値のファイル名を使用するのが好きなので、「+/-」ボタンを押します。

デフォルトの「JPG1」ファイル名をバックスペースで消去します。

使用したい数値の名前を入力します。例：「111」

サムドライブがPCに接続されると、ファイル名を変更する方が簡単です。

「Enter」ボタンを押します。

サムドライブに保存されたファイルを確認するために、「ファイル」ボタンを押します。

周波数コントロールノブを使用してサムドライブのディレクトリを選択します。

サムドライブのディレクトリリストには、最近保存されたスクリーンショットが表示されます。

時々、スクリーンショットが内部のSiglentメモリに保存されることがあります。この場合、サムドライブへの保存設定を再度行います。この部分の手順が少し不安定かもしれません。

フラッシュドライブがセットアップされると、「保存」ボタンを押してスクリーンショットを保存し、「Enter」ボタンを押すことでショットに番号が付けられます。