Bachelor of science dissertation. Politecnico di Milano
Design, construction and testing of a spectrum analyzer based on cross-correlation technique to obtain very hi sensivity. The instrument performs low noise spectrum measurements of microelectronics devices.
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Correlation Spectrum Analyzer
1. Milano, 22 Luglio 2009
REALIZZAZIONE DI UN
ANALIZZATORE DI SPETTRO A
CROSS-CORRELAZIONE PER
MISURE A LARGA BANDA DEL
RUMORE DI CORRENTE
Autore: Paolo Manicardi
Relatore: Giorgio Ferrari
2. Tecnica della cross-correlazione
DIGITALE
ANALOGICA Selettore di
Amplificatore banda
Segnale di DUT
in fase Valore
proporzionale
al segnale del
B Mediatore DUT
D Out
U
T
B
Rumore non in
fase Valore medio
nullo
RIPROGETTAZIONE
AGGIUNTE FUNZIONALITA'
REALIZZAZIONE
2
3. Front-end in corrente
i2R ●POLARIZZAZIONE DIRETTA DEL DUT
●LETTURA CORRENTE DUT
Rf 2
________ _____ _____
4 KT 1 RF
Cp i n ,incorrelato ≃i 2 , OA
2
n e 2 , OA⋅ 2 ⋅ 1
n
RF RF ZD
i2n A1 ( s )
RUMORE INCORRELATO TEMPO DI MISURA
CD en
2
________ ____
1 1 1
+ ω 2 ⋅ C D ⋅ ( C D + C p )
Vsource
Vgate i2R i 2
≅ 2⋅ e2
⋅ ⋅ +
n , correlato n ,O A
RD
IBIAS+NOISE
R D R D RF
DUT Rf RUMORE CORRELATO SENSIBILITA' STRUMENTO
Cp BASSA RD BASSA SENSIBILITA'
A2 ( s )
i2n
e2 n
Vdrain ●BANDA THS4021
●BIAS DUT
●RUMORE
●STABILITA'
3
4. RETE Vgate-source
RDUT BASSA BASSA SENSIBILITA' SOLUZIONE: Vgs floating' R0 da entrambi i canali
e2 n PROBLEMA: RUMORE DI TENSIONE
R0 DEL BUFFER=Vgs
C1 GENERO RUMORE CORRELATO
e2 n
VBIAS+
VBIAS+Vin RISOLVO FILTRANDO CON R1C1
R1
INTRODUCO RUMORE INCORRELATO
R1=1MegaOhm
C1=10uF
R0
MISURA gm
C2 mantiene VBIAS R2C2=passa-alto
INOLTRE
POSSIBILITA' RIFERIMENTO Vgs ESTERNO
4
6. Misure su dispositivi esterni
TRANSIMPEDENZA
CF STABILE 400pF
CF2 INSTABILITA' !
CF F
R
MA RUMOROSO
RF
RF
RF A1 ( s )
A1 ( s ) CCOAX
CCOAX A1 ( s )
e2n VBIAS 1,5k VBIAS
100u VBIAS BUFFER
●soluzione interna
●uguali polarizzazioni
●uguale funzionamento
●dati comparabili
ADD-ON PCB
FRONT-END 6
ESTERNO FISSO
7. Secondo stadio e filtri anti-aliasing
ACCOPPIAMENTO
AC
ADATTAMENTO
RIDUZIONE
TRANSITORIO
GAIN=90/900
BANDA>100MHz
RIDUZIONE OFFSET
UAF42 UAF42
50
50 2° order X10 2° order
butterworth butterworth
5kHz 5kHz OUT 7
8. Lo strumento
riduzione cross-talk
doppia alimentazione
FILTRI componenti SMD
ANTI ALIASING
socket di connessione
DRAIN SOURCE
riferimenti interni/esterni
GENERATORE
RUMORE connessioni ausiliarie
Vgs
8
9. Lo strumento
RIFERIMENTI SPECIFICI REGOLAZIONE E
MISURA RUMORE/
ESTERNI DEPMOS TRANSCONDUTTANZA VISUALIZZAZIONE
TENSIONI DI
POLARIZZAZIONE
9