Một hệ đo vi sóng hiếm khi chỉ có một thiết bị. Phía đo có máy phân tích mạng vector (VNA), máy hiện sóng lấy mẫu hoặc máy phân tích phổ; phía kích thích có nguồn sóng liên tục và bộ phát xung; ở giữa là cáp chính xác, bộ suy hao, tham chiếu 10 MHz và dây trigger nối mọi thứ lại với nhau. Dòng PicoSource của Pico Technology nằm ở phía kích thích: bộ tổng hợp tín hiệu AS108 phát sóng liên tục 300 kHz – 8 GHz, còn ba mã PG911, PG912, PG914 phát xung cạnh vài chục pico giây.
Bài này là phần thứ ba của loạt bài về PicoSource. Việc chọn mã đã có ở bài chọn nguồn tín hiệu RF hay bộ phát xung PicoSource, quy trình đo TDR từng bước có ở bài bộ phát xung nhanh PG900 đo đáp ứng xung. Ở đây ta nhìn theo hướng khác: ngành nào dùng, bài toán thật trông ra sao, và nên ghép PicoSource với thiết bị nào để thành một bàn đo chạy được. Thông số trong bài lấy từ datasheet AS108 (MM072.en-8), User’s Guide AS108, datasheet PG900 và trang ứng dụng PG900 trên picotech.com.
Ba vai trò trong một hệ đo vi sóng
Trước khi đi vào từng ngành, nên tách bàn đo thành ba vai trò. Cách chia này giúp nhìn ra ngay PicoSource thay được cái gì và không thay được cái gì.
- Kích thích. Thiết bị đưa tín hiệu biết trước vào mẫu đo. AS108 cho một tần số, một mức và một pha xác định, có thể quét hoặc chạy theo danh sách. Dòng PG900 cho một cạnh điện áp dựng cực nhanh, mang phổ rộng trong một lần đánh.
- Thu và đo. Thiết bị nhìn xem mẫu đo trả lời ra sao. Với miền tần số là VNA hoặc máy phân tích phổ; với miền thời gian là máy hiện sóng lấy mẫu. PicoSource không đo gì cả — nó cần một thiết bị thu đủ nhanh và đủ nhạy đi kèm.
- Đồng bộ. Tham chiếu 10 MHz để các thiết bị cùng một thước tần số, và trigger để chúng cùng một thước thời gian. Đây là phần hay bị bỏ qua nhưng quyết định phép đo có lặp lại được hay không.
Pico làm đủ cả ba nhóm: PicoSource cho kích thích, máy phân tích mạng vector PicoVNA 106 (6 GHz) và PicoVNA 108 (8,5 GHz) cho phép đo tham số S, dòng PicoScope 9000 lấy mẫu cho phép đo miền thời gian. Tất cả điều khiển qua USB từ một PC, nên một bàn đo đầy đủ vẫn gọn trên một mặt bàn.
PicoSource ứng dụng theo bài toán: sáu kịch bản thường gặp
Mỗi kịch bản dưới đây gồm bối cảnh, lý do chọn thiết bị và cấu hình đề xuất. Con số nào cũng dẫn về tài liệu của hãng; chỗ nào là suy luận kỹ thuật thì ghi rõ.
1. Phòng thí nghiệm RF ở trường đại học và viện nghiên cứu
Bài toán điển hình: dạy và làm thí nghiệm về bộ lọc, bộ khuếch đại, bộ trộn, anten, điều chế — với ngân sách có hạn và phòng lab dùng chung nhiều nhóm. Đây là chỗ một nguồn RF phòng lab nhỏ, điều khiển bằng phần mềm tỏ ra hợp lý hơn một máy để bàn cỡ lớn.
- Dạy điều chế. AS108 có AM, FM và PM từ nguồn sine nội 10 Hz – 5 kHz hoặc từ ngõ vào ngoài ghép DC tới 10 kHz. Sinh viên nhìn trực tiếp phổ và dạng sóng khi đổi độ sâu AM (5% đến 90% ở mức sóng mang 0 dBm) hay độ di tần FM (tối đa 2% tần số sóng mang hoặc 200 kHz).
- Mô phỏng điều chế số. Datasheet nêu có thể dùng danh sách quét để mô phỏng các kiểu QPSK, QAM, ASK, FSK — nạp một file CSV các điểm tần số/mức hoặc pha/mức, rồi cho máy chạy qua. Đây là cách minh hoạ chòm sao tín hiệu mà không cần máy phát vector cỡ lớn.
- Chế độ demo. Phần mềm PicoSynth 2 luôn có thiết bị ảo “User Interface Demo”, nên sinh viên tập thao tác trên máy tính riêng trước khi lên bàn đo thật.
Cấu hình đề xuất: AS108 + PicoVNA 106 hoặc 108 cho phép đo tham số S của bộ lọc và bộ khuếch đại; thêm một máy hiện sóng USB băng thông vừa phải để quan sát tín hiệu điều chế ở tần số thấp.
2. Kiểm tra module RF trong sản xuất và trạm ATE
Bài toán: mỗi module cần được đo tại cùng một chuỗi điểm tần số và mức, lặp lại hàng trăm lần mỗi ca, không người ngồi đặt tay. Những tính năng làm AS108 hợp với việc này đều nằm trong datasheet:
- Quét hai tham số cùng lúc. Máy quét được tần số và mức đồng thời, nên có thể áp một biên dạng bù suy hao — ví dụ trong datasheet là tăng 5 dBm khi quét từ 1 GHz lên 2 GHz — để bù suy hao cáp và đồ gá tăng theo tần số.
- Danh sách dài và nhanh. Từ 2 đến 10.001 điểm, dwell mỗi điểm từ 27 µs đến 65.500 µs. Với dwell tối thiểu, một danh sách 1.000 điểm chạy hết khoảng 27 ms. Riêng các bước nhảy hơn ±2,2 GHz vào hoặc ra khỏi băng 7–8 GHz cần dwell tối thiểu 100 µs.
- Ổn định nhanh. Tần số ổn định tới ±10 ppm trong tối đa 55 µs; biên độ ổn định tới ±1 dB trong 25 µs và tới ±0,1 dB trong 200 µs.
- Trigger hai chiều. Ba chế độ cho danh sách: chạy liên tục, chạy cả file sau mỗi trigger ngoài, hoặc bước một điểm mỗi trigger. Trigger ra dẫn trước bước tần số/pha khoảng 17,5 µs và dẫn trước bước mức khoảng 37,5 µs — đủ để báo cho thiết bị đo biết khi nào điểm mới bắt đầu.
- Điều khiển từ phần mềm kiểm thử. Kèm DLL dùng được từ C, C++, C#, Python, LabVIEW, MATLAB và Keysight VEE; có ví dụ lập trình cho LabVIEW, C, C#, Python và MATLAB.
Cấu hình đề xuất: AS108 làm nguồn kích thích, trigger ra nối vào thiết bị đo công suất hoặc máy phân tích phổ của trạm, toàn bộ chạy từ một script Python hoặc LabVIEW. Nếu trạm cần nhiều nguồn, nhiều AS108 điều khiển được từ cùng một PC.
3. Nguồn dao động nội (LO) và tín hiệu thứ hai trong hệ đo bộ trộn
Khi đo bộ trộn, bộ đổi tần hay máy thu đổi tần, hệ đo cần thêm một nguồn làm dao động nội, và nguồn đó phải cùng tham chiếu với phần còn lại của hệ. AS108 có ngõ ra tham chiếu 10 MHz nội (0 dBm điển hình vào 50 Ω) và ngõ vào tham chiếu ngoài, dải khoá ±5 ppm. User’s Guide giải thích rằng ngõ ra 10 MHz cho phép đồng bộ pha với nguồn ngoài, và pha đầu ra của máy được đặt tương đối so với chính ngõ tham chiếu này.
Hai thông số nên đọc kỹ trước khi dùng AS108 làm LO:
- Nhiễu pha tại độ lệch 10 kHz: điển hình −100 dBc/Hz ở 1 GHz, −96 dBc/Hz ở 2 GHz, −90 dBc/Hz ở 4 GHz và −85 dBc/Hz ở 8 GHz. Nhiễu pha của LO cộng thẳng vào tín hiệu sau trộn, nên phép đo độ chọn lọc kênh lân cận hẹp cần tính tới con số này.
- Hài tối đa −20 dBc (điển hình −26 dBc) khi mức ra +10 dBm; hài phụ −40 dBc, tạp −50 dBc tối đa. Với bài toán nhạy với hài, gắn thêm một bộ lọc thông thấp ở ngõ ra là cách làm phổ biến.
Cách đo tổn hao chuyển đổi và cách ly của bộ trộn trên VNA được trình bày chi tiết ở bài đo bộ trộn tần trên VNA; AS108 có thể đóng vai nguồn LO riêng trong những cấu hình đó khi VNA không có nguồn thứ hai.
4. Kết nối số tốc độ cao: cáp, backplane, cổng giao tiếp
Đây là địa bàn chính của dòng PG900. Datasheet nêu thẳng động lực: dữ liệu vi sai tốc độ cao đang là thách thức đo lường lớn trong hệ thống số, máy tính, kết nối và viễn thông, và đầu ra vi sai của PG900 nhắm vào các chuẩn như SATA, USB3, HDMI, Ethernet.
Trang ứng dụng của Pico mô tả ba cấu hình ghép với máy hiện sóng lấy mẫu PicoScope 9300:
- TDR cho các mã 9301, 9302, 9321 và 9341 — những mã không tích hợp sẵn chức năng này.
- TDT cho cùng nhóm mã; ngoài ra PG900 còn đóng vai nguồn phát đặt xa cho việc thử đường dài hoặc hệ thống đã lắp đặt, với bất kỳ mã 9300 nào.
- TDT và xuyên âm đồng thời với máy bốn kênh PicoScope 9341. Máy hai kênh vẫn đo vi sai được bằng cách đo truyền qua trước, đổi dây đo xuyên âm sau, và mọi cửa không dùng phải được kết cuối đúng.
Một ứng dụng ít người để ý: chức năng deskew không chỉ để triệt lệch đường đi mà còn để cố ý tạo lệch thời gian, thử xem đường truyền chịu được lệch vi sai tới đâu. Nhánh SRD của máy phát xung PicoSource PG911 chỉnh được ±1 ns theo bước 1 ps, đủ rộng cho kiểu thử này. Với phép đo biểu đồ mắt và TDR ở phía máy thu, xem thêm bài PicoScope 9000 trong viễn thông quang và bán dẫn.
Bộ phát xung ứng dụng trong bán dẫn, laser và radar xung
Ngoài TDR/TDT, datasheet PG900 liệt kê thêm các nhóm ứng dụng: đo phổ và độ phẳng, xác định định thời – jitter – xuyên âm, kiểm tra bán dẫn, radar siêu băng rộng dạng xung (impulse UWB) và mạch lái diode laser. Điểm chung của chúng là cần một kích thích có cạnh nhanh, lặp lại chính xác và định thời ổn định.
5. Kiểm tra bán dẫn và mạch lái diode laser
Bài toán: đưa một xung điều khiển có cạnh nhanh vào linh kiện hoặc mạch lái, rồi quan sát đáp ứng quá độ. Các thông số liên quan:
- Biên độ nhánh SRD 2,5 V đến 6 V theo bước 10 mV mỗi ngõ ra, cộng lại thành xung vi sai 12 V đỉnh vào 50 Ω — datasheet mô tả là đủ để lái đường suy hao hoặc gây ứng suất cho cổng hệ thống.
- Có giới hạn biên độ chỉnh được để bảo vệ linh kiện nhạy, và bộ suy hao 20 dB 10 GHz lắp sẵn trên đầu ra SRD khi cần tín hiệu nhỏ với phối hợp trở kháng tốt.
- Độ rộng xung 200 ns đến 4 µs, chu kỳ lặp 1 µs đến 1 s, jitter điển hình 3,0 ps RMS so với trigger ngoài.
Khi cần cạnh nhanh nhất có thể và biên độ nhỏ là đủ, đầu tunnel diode của bộ phát xung PicoSource PG912 cho cạnh dưới 40 ps với biên độ cố định 200 mV. Lưu ý đầu tunnel diode không được nối vào mạch có nguồn — mẫu đo có thành phần một chiều thì phải chặn một chiều trước.
6. Đo hiện trường và hệ thống đã lắp đặt
Bài toán: đo một đường cáp, một tuyến anten hay một hệ thống ngay tại chỗ lắp đặt, xa phòng lab. Cả hai nhánh PicoSource đều có lợi thế ở đây:
- AS108 chạy nguồn một chiều 12–15 V, 12 W, nặng 1,78 kg, làm việc từ +5 °C đến +40 °C. Máy lưu được một cấu hình khởi động riêng để tự lên đúng trạng thái khi cấp điện, không cần nối USB — hợp với trạm không người trực hoặc nguồn tín hiệu đặt cố định tại hiện trường. Khi lưu cấu hình khởi động, danh sách giới hạn ở 1.750 điểm và dwell tối đa 1.750 µs.
- PG900 có đồng hồ nội từ 1 µs đến 1 s để tự chạy, không cần trigger ngoài — một nhánh phát đặt ở đầu xa, máy lấy mẫu đặt ở đầu gần, đúng cấu hình “nguồn phát đặt xa” mà Pico mô tả cho phép đo TDT đường dài.
Ghép hệ: đồng bộ, mức trigger và đầu nối
Phần lớn rắc rối khi dựng một hệ đo vi sóng nằm ở chỗ nối các thiết bị với nhau, không nằm ở từng thiết bị. Vài điểm cụ thể cho PicoSource:
Tham chiếu 10 MHz
Chọn một thiết bị làm gốc tham chiếu và cho các thiết bị còn lại khoá theo. Ngõ vào tham chiếu của AS108 nhạy từ −6 dBm, tối đa 6 dBm, trở kháng 50 Ω; dải khoá ±5 ppm. Nếu hệ đã có một chuẩn tần số tốt hơn (chẳng hạn bộ đếm tần hay chuẩn GPS phòng lab), cho AS108 khoá theo nguồn đó thay vì dùng tham chiếu nội ±5 ppm.
Mức logic trigger
Đừng giả định hai thiết bị bất kỳ nối thẳng trigger với nhau là chạy. Kiểm mức hai đầu trước:
- AS108: ngõ vào trigger 1 kΩ, ngưỡng 0,5 V đến 2,6 V; ngõ ra trigger mức cao tối thiểu 1,2 V khi tải 50 Ω (3,6 V khi tải 1 kΩ), thời gian lên/xuống tối đa 40 ns.
- PG900: ngõ vào trigger ngoài nhạy dưới 50 mV đỉnh-đỉnh từ DC tới 100 MHz, tăng tuyến tính lên 100 mV ở 1 GHz; hold-off chỉnh 1 µs đến 1,3 ms theo bước 200 ns. Ngõ ra trigger phát khoảng 40 ns trước mỗi xung.
Đầu nối, suy hao và phối hợp trở kháng
- Ngõ RF của AS108 là giắc N, bảo vệ tới 25 V DC đỉnh và 20 dBm; hộp máy kèm adapter 18 GHz SMA(f)–N(m) để chuyển sang hệ SMA.
- VSWR ngõ ra tối đa 1,8:1 (điển hình 1,4:1). Khi mẫu đo cũng phối hợp kém, sóng phản xạ qua lại giữa hai đầu làm mức thực tế lệch khỏi mức đặt. Gắn một bộ suy hao vài dB ngay ngõ ra là cách phổ biến để cải thiện phối hợp — Pico có sẵn các bộ 3, 6, 10 và 20 dB 10 GHz giắc SMA.
- Siết đầu N và đầu SMA bằng cờ lê lực 1 N·m. Pico có cờ lê hai nấc riêng cho đầu N và cho đầu SMA/PC3.5/K.
| Ngành / bài toán | Thiết bị PicoSource | Thiết bị thu đi kèm | Tính năng quyết định |
|---|---|---|---|
| Đào tạo, nghiên cứu RF | AS108 | PicoVNA 106/108, máy hiện sóng USB | AM/FM/PM, danh sách mô phỏng QPSK/QAM/ASK/FSK, chế độ demo |
| Trạm ATE module RF | AS108 | Đo công suất / phân tích phổ của trạm | 10.001 điểm, dwell từ 27 µs, trigger vào/ra, API |
| Đo bộ trộn, máy thu đổi tần | AS108 làm LO | VNA, máy phân tích phổ | Tham chiếu 10 MHz vào/ra, pha lập trình được |
| Kết nối số tốc độ cao | PG911 / PG912 / PG914 | PicoScope 9301, 9302, 9321, 9341 | Đầu ra vi sai, deskew bước 1 ps |
| Bán dẫn, laser, radar xung | PG911 (biên độ) hoặc PG912 (cạnh nhanh) | Máy hiện sóng lấy mẫu | Cạnh < 60 ps / < 40 ps, jitter 3,0 ps RMS |
| Hiện trường, hệ đã lắp đặt | AS108, PG900 | Tùy phép đo | Nguồn DC 12–15 V, cấu hình khởi động, đồng hồ nội |
Khi bàn đo cần cả hai nhánh
Một số phòng lab làm cả đo theo tần số lẫn đo theo thời gian: đo tham số S của một đầu nối bằng VNA, rồi đo TDR của chính đầu nối đó để biết điểm gián đoạn nằm ở đâu. Hai kết quả bổ sung cho nhau — VNA cho biết suy hao và phản xạ theo tần số, TDR cho biết vị trí vật lý của lỗi. Trong trường hợp này, AS108 và một mã PG900 không thay nhau mà đi song song. Với nhánh xung, PicoSource PG914 gộp cả đầu SRD biên độ lớn lẫn đầu tunnel diode cạnh nhanh trên một máy, nên phủ được cả phép đo đường suy hao lẫn TDR phân giải cao mà không phải đổi thiết bị.
Nếu phòng lab của bạn đã quen quy trình của các dòng VNA để bàn, cách tư duy theo ngành ở bài Keysight E5061B ứng dụng theo ngành áp dụng được cho phần thu của hệ đo; PicoSource bổ sung phần kích thích mà VNA không có sẵn — nguồn thứ hai độc lập và xung cạnh nhanh.
Duy trì độ tin cậy của cả hệ
Trong một hệ đo vi sóng, nguồn kích thích là chuẩn so sánh: sai số tần số, mức hay cạnh xung của nó đi thẳng vào kết quả. User’s Guide AS108 khuyến nghị kiểm tra hằng năm các hạng mục độ chính xác tần số (tại 0,3, 100, 1.000, 4.000 và 8.000 MHz), độ chính xác mức ra, ngõ ra trigger, băng thông vòng PLL và khả năng khoá theo tham chiếu ngoài. Datasheet PG900 cũng khuyến nghị kiểm tra xác nhận thông số mỗi 12 tháng. Techmaster có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025 để duy trì liên kết chuẩn cho nhóm thiết bị này.
Các model trong dòng PicoSource
Bốn mã PicoSource do Techmaster phân phối, xem thông số đầy đủ tại trang sản phẩm:
- PicoSource AS108 — bộ tổng hợp tín hiệu 300 kHz – 8 GHz, −15 dBm đến +15 dBm, điều chế AM/FM/PM, quét và danh sách, USB.
- PicoSource PG911 — đầu SRD tích hợp SMA(f), cạnh dưới 60 ps, biên độ 2,5–6 V chỉnh được.
- PicoSource PG912 — đầu tunnel diode N(m) dương và âm, cạnh dưới 40 ps, biên độ 200 mV cố định.
- PicoSource PG914 — có cả đầu SRD và đầu tunnel diode trên một máy.
Toàn bộ danh mục thiết bị Pico Technology do Techmaster phân phối, gồm VNA, máy hiện sóng lấy mẫu và máy hiện sóng USB, có tại trang thương hiệu.
Câu hỏi thường gặp
PicoSource có thay được nguồn trong VNA không?
Không. VNA có nguồn quét và bộ thu riêng cho phép đo tham số S. AS108 đóng vai nguồn thứ hai độc lập — ví dụ làm LO khi đo bộ trộn — hoặc làm nguồn kích thích cho các phép đo không dùng VNA. Hai thiết bị bổ sung cho nhau, khoá chung tham chiếu 10 MHz.
AS108 có dùng được trong trạm kiểm tra tự động không?
Có. Máy quét hoặc chạy danh sách 2 đến 10.001 điểm, dwell từ 27 µs, có trigger vào và ra, và kèm DLL dùng được từ C, C#, Python, LabVIEW, MATLAB. Nhiều AS108 điều khiển được từ cùng một PC.
Bộ phát xung PG900 dùng với máy hiện sóng nào?
Theo trang ứng dụng của Pico, PG900 ghép với máy hiện sóng lấy mẫu PicoScope 9300 để đo TDR và TDT trên các mã 9301, 9302, 9321, 9341; máy bốn kênh 9341 đo đồng thời được truyền qua và xuyên âm.
Nhiễu pha của AS108 có đủ để làm LO không?
Tùy bài toán. Datasheet ghi nhiễu pha điển hình tại độ lệch 10 kHz là −100 dBc/Hz ở 1 GHz và −85 dBc/Hz ở 8 GHz. Phép đo không nhạy với nhiễu pha gần sóng mang thì đủ; phép đo độ chọn lọc kênh hẹp cần tính con số này vào ngân sách sai số.
Có mang AS108 ra hiện trường được không?
Được. Máy chạy nguồn một chiều 12–15 V, 12 W, nặng 1,78 kg, làm việc từ +5 °C đến +40 °C, và lưu được cấu hình khởi động để tự phát tín hiệu khi cấp điện mà không cần nối máy tính.
