Một bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) hay một mạch tổng hợp tần số PLL thường được đánh giá qua hai nhóm con số. Nhóm thứ nhất là nhiễu pha ở các độ lệch khác nhau so với sóng mang. Nhóm thứ hai là hành vi theo điện áp: tần số đổi bao nhiêu khi áp điều chỉnh thay đổi (KVCO), tần số trôi bao nhiêu khi áp nguồn dao động (pushing), dòng tiêu thụ và công suất ra. Cách làm quen thuộc là ghép một máy phân tích, hai nguồn DC và một chương trình điều khiển tự viết. Keysight PN3 gom các khối đó vào một máy: phần đo nhiễu pha tương quan chéo hai kênh, hai nguồn DC nhiễu thấp và đầu ra áp điều chỉnh cho mẫu đo. Bài viết dựa trên data sheet Keysight 3124-1879 (02/2026) để giải thích PN3 đo được gì, chọn model nào, và cách đọc đặc tả cho đúng khi cần đặc tính VCO tự động.
Keysight PN3 là gì?
Keysight PN3 là dòng máy phân tích nguồn tín hiệu (signal source analyzer) gồm ba model: E5045A (5 MHz–7 GHz), E5046A (5 MHz–26 GHz) và E5047A (5 MHz–40 GHz). Theo data sheet của Keysight, đây là hệ đo nhiễu pha tương quan chéo hai kênh, có hai nguồn tham chiếu nội điều chỉnh được và cho phép dùng tham chiếu ngoài. Đối tượng đo được liệt kê gồm bộ dao động thạch anh, mạch tổng hợp PLL, nguồn xung đồng hồ, VCO khoá pha hoặc chạy tự do, DRO, bộ dao động SAW và YIG.
Ngoài nhiễu pha tuyệt đối, máy còn có đo nhiễu pha dư, nhiễu biên độ, nhiễu pha tín hiệu xung, phân tích FFT hai kênh tới 100 MHz, phân tích quá độ (tần số, pha, biên độ theo thời gian), phân tích phổ, đếm tần và đo công suất. Tuy vậy, nhiều chức năng trong số này là tuỳ chọn mua thêm — điểm sẽ nói rõ ở phần chọn cấu hình. Thông tin cấu hình cập nhật có trên trang sản phẩm E5046A của Keysight. Máy chạy bằng nguồn ngoài 24 V DC, tiêu thụ dưới 70 W, nặng tối đa 12 kg, có LAN và USB; GPIB là tuỳ chọn 800. Lập trình qua SCPI, kèm giao diện đồ hoạ và thư viện API.
Vì sao đặc tính VCO cần nguồn DC và áp điều chỉnh tích hợp?
Để đo KVCO, người kỹ sư phải quét áp điều chỉnh qua nhiều điểm và ghi tần số ở mỗi điểm. Để đo pushing, họ giữ áp điều chỉnh cố định và thay đổi áp nguồn cấp cho VCO. Nếu nguồn DC và máy phân tích là hai thiết bị riêng, chương trình phải đồng bộ chúng từng bước. Nhiễu của chính nguồn DC cũng đi thẳng vào chân điều chỉnh và làm xấu kết quả nhiễu pha.
PN3 giải quyết chuyện này bằng phần cứng có sẵn. Data sheet ghi hai nguồn DC lập trình được, mỗi nguồn 0–15 V và tới 500 mA, mức nhiễu điển hình dưới 10 nVrms/√Hz (trên 20 kHz); cùng đầu ra áp điều chỉnh cho mẫu (cổng DUT TUNE ở mặt trước) trong dải −5 V tới +20 V, dòng tới 20 mA, nhiễu điển hình dưới 5 nVrms/√Hz (trên 2 kHz). Hai cổng TUNE còn lại dùng để điều chỉnh nguồn tham chiếu ngoài. Khi có tuỳ chọn 003, máy tự quét áp nguồn và áp điều chỉnh, rồi đo tần số, KVCO (Δf/ΔVc, đơn vị Hz/V), pushing (Hz/V), công suất RF, dòng nguồn và nhiễu pha. Tốc độ đo điển hình là 70 ms mỗi điểm cho tần số, KVCO, pushing, dòng và công suất. Độ bất định điển hình: tần số 0,5 ppm, công suất 0,5 dB, dòng 1 %.
Nói gọn: nếu bạn chỉ cần đo nhiễu pha của một nguồn đã khoá sẵn, máy cơ sở là đủ. Nếu công việc là đặc tính VCO theo điện áp — việc thường ngày ở nhóm thiết kế RF và ở khâu kiểm tra nhập bộ dao động — thì tuỳ chọn 003 là thứ quyết định. Với những bài thử cần nguồn DC nhiễu thấp riêng cho mạch phụ trợ, có thể tham khảo thêm bài nguồn điện nhiễu thấp Keysight B2961C/B2962C.
Chọn E5045A, E5046A hay E5047A?
Ba model dùng chung kiến trúc, chung dải độ lệch phân tích 0,01 Hz–100 MHz (với sóng mang trên 150 MHz) và chung bộ nguồn DC. Tiêu chí chọn chính là tần số sóng mang cao nhất bạn phải đo, kể cả sóng hài hoặc đầu ra bộ nhân tần sẽ đo trong tương lai gần.
- Keysight E5045A — tới 7 GHz, cổng RF IN SMA. Hợp với bộ dao động thạch anh, đồng hồ hệ thống và PLL dưới 6 GHz.
- Keysight E5046A — tới 26 GHz, cổng SMA. Hợp với VCO/PLL vi sóng, DRO và YIG.
- Keysight E5047A — tới 40 GHz, cổng K (2,92 mm). Dành cho nguồn băng Ka và bộ tổng hợp tần số tới 40 GHz.
Một chi tiết hay bị bỏ qua: khi dùng tham chiếu ngoài, dải tần của E5046A và E5047A chỉ tới 18 GHz; E5045A vẫn giữ 7 GHz. Đo nhiễu pha dư (tuỳ chọn 020) cũng có giới hạn tương tự: 10 MHz–7 GHz với E5045A và 10 MHz–18 GHz với hai model còn lại.
Cách đọc độ nhạy đo nhiễu pha trong data sheet thế nào?
Độ nhạy là mức nhiễu pha thấp nhất mà hệ đo phân biệt được. Nó phụ thuộc vào tần số sóng mang, độ lệch và số lần tương quan, nên một con số đứng riêng không có ý nghĩa. Data sheet PN3 cho giá trị đặc tả với tham chiếu nội, sóng mang từ 10 dBm trở lên, đo bắt đầu từ lệch 1 Hz và một lần tương quan. Ở sóng mang 1 GHz, độ nhạy là −140 dBc/Hz tại lệch 1 kHz, −155 dBc/Hz tại 10 kHz và −163 dBc/Hz tại 1 MHz. Ở 10 GHz, con số tại lệch 10 kHz là −137 dBc/Hz; ở 40 GHz là −123 dBc/Hz. Giá trị điển hình thấp hơn đặc tả 5–8 dB.
Tương quan chéo hoạt động như sau: hai kênh đo cùng một tín hiệu với hai nguồn tham chiếu độc lập. Nhiễu của mẫu xuất hiện ở cả hai kênh nên được giữ lại; nhiễu riêng của từng kênh không tương quan nên giảm dần khi lấy trung bình. Theo data sheet, độ nhạy cải thiện 5 dB × log10(số lần tương quan): 10 lần được 5 dB, 100 lần được 10 dB. Tuỳ chọn 200 (nguồn nội siêu nhiễu thấp) chỉ cải thiện ở độ lệch rất gần — tại sóng mang 1 GHz, từ −50 xuống −75 dBc/Hz ở lệch 1 Hz và từ −85 xuống −100 dBc/Hz ở lệch 10 Hz; từ lệch 100 Hz trở đi, hai cấu hình như nhau. Đổi lại, dải bám tần số (RF tracking range) với tuỳ chọn 200 chỉ ±1 ppm, so với ±10 ppm ở cấu hình chuẩn; VCO chạy tự do, trôi nhiều nên đo ở chế độ High drift (±1000 ppm).
Phương pháp đo chung — so sánh dùng tham chiếu, bộ phân biệt tần số và tương quan chéo — được trình bày chi tiết trong bài đo phase noise và độ ổn định tần số. Nếu bạn đang cân nhắc giữa các dòng máy của Keysight, xem thêm bài chọn máy phân tích nguồn tín hiệu Keysight SSA-X.
Đo nhiễu pha trên dây chuyền: thời gian đo tính thế nào?
Data sheet chuẩn hoá thời gian đo theo một lần tương quan. Với dải lệch 1 kHz–100 MHz, mỗi lần mất 0,01 s; với 100 Hz–100 MHz là 0,06 s; 10 Hz–100 MHz là 0,8 s; 1 Hz–100 MHz là 6,2 s. Tổng thời gian còn cộng thêm thời gian thiết lập và truyền dữ liệu. Vì vậy, quy tắc thực tế cho trạm kiểm tra là bắt đầu dải đo ở đúng độ lệch mà tiêu chuẩn sản phẩm yêu cầu, rồi mới tính số lần tương quan cần để sàn nhiễu hệ đo nằm dưới giới hạn đạt/không đạt một khoảng an toàn. Kéo dải đo gần sóng mang thêm một thập kỷ làm thời gian mỗi lần tương quan tăng khoảng 6–13 lần (trong các dải từ 1 kHz xuống 1 Hz).
Trong môi trường sản xuất, PN3 còn có lợi thế về tích hợp: máy điều khiển được qua LAN (VXI-11) hoặc USBTMC bằng lệnh SCPI, nên một chương trình kiểm tra có thể vừa cấp nguồn cho bộ dao động, vừa đo nhiễu pha, vừa ghi dòng tiêu thụ mà không cần thêm máy. Nếu cần kiểm tra thời gian khoá của PLL, phải có tuỳ chọn 002 (phân tích quá độ).
Keysight PN3 phù hợp với ai tại Việt Nam?
Chiến lược phát triển công nghiệp bán dẫn Việt Nam (Quyết định 1018/QĐ-TTg ngày 21/9/2024) đặt mục tiêu tới năm 2030 có ít nhất 100 doanh nghiệp thiết kế, 10 nhà máy đóng gói và kiểm thử, và trên 50.000 kỹ sư, cử nhân cho ngành. Thiết kế chip RF, mạch PLL và nguồn xung đồng hồ là một phần của bức tranh đó, và đặc tính nhiễu pha là thông số bắt buộc trong hồ sơ của các khối này. Nhóm người dùng hợp với Keysight PN3 gồm:
- Nhóm thiết kế RF và vi sóng cần đặc tính VCO, PLL và bộ tổng hợp tần số trong một lần kết nối.
- Nhà sản xuất và kiểm tra bộ dao động, module RF cần phép đo nhiễu pha nhanh, lập trình được, chạy qua LAN.
- Phòng thí nghiệm viễn thông, radar và trường đại học muốn có một máy đa chức năng thay cho giàn nhiều thiết bị.
Lưu ý nếu phòng thí nghiệm của bạn đang dùng Keysight E5052B: model này đã ngừng sản xuất. Quy trình đo với E5052B vẫn có ở bài đo pha nhiễu và quá độ bằng Keysight E5052B, còn khi lập kế hoạch mua mới, nên so sánh dòng PN3 và SSA-X đang được Keysight cung cấp. Xem thêm các giải pháp khác tại trang Keysight tại Techmaster.
Câu hỏi thường gặp
Keysight PN3 đo được tần số tới bao nhiêu?
Với tham chiếu nội, E5045A đo từ 5 MHz tới 7 GHz, E5046A tới 26 GHz và E5047A tới 40 GHz. Khi dùng tham chiếu ngoài, E5046A và E5047A giới hạn ở 18 GHz, E5045A giữ 7 GHz.
Máy cơ sở có đo được KVCO và pushing của VCO không?
Không. Quét áp nguồn và áp điều chỉnh để đo tần số, KVCO, pushing, dòng tiêu thụ và công suất thuộc tuỳ chọn 003 (VCO characterization). Máy cơ sở vẫn có hai nguồn DC nhiễu thấp tới 15 V/500 mA và một đầu ra áp điều chỉnh cho mẫu (DUT TUNE) −5 V tới +20 V.
Tương quan chéo cải thiện độ nhạy bao nhiêu?
Theo data sheet Keysight, độ nhạy cải thiện 5 dB × log10(số lần tương quan): khoảng 5 dB với 10 lần và 10 dB với 100 lần, đổi lại thời gian đo tăng theo số lần tương quan.
Keysight PN3 kết nối máy tính bằng những giao tiếp nào?
PN3 có sẵn LAN (VXI-11) và USB (USBTMC); GPIB là tuỳ chọn 800. Máy lập trình bằng lệnh SCPI và có kèm giao diện đồ hoạ cùng thư viện API.
Cần tư vấn chọn model, tuỳ chọn và cấu hình đo nhiễu pha cho bộ dao động của bạn? Liên hệ Techmaster — nhà phân phối ủy quyền Keysight tại Việt Nam.
