信号发生器校准具体怎么做？

信号发生器的校准是确保其输出信号（如频率、幅度、相位等）符合技术指标的关键过程，通常需使用高精度标准设备（如频率计、功率计、示波器）进行比对测量，并通过调整内部参数或硬件修正误差。以下是信号发生器校准的详细步骤、关键指标、工具选择及注意事项：

一、校准前准备：明确需求与工具

1. 确定校准项目

根据信号发生器的应用场景（如通信测试、雷达研发、计量检定）选择核心校准参数：

• 基础参数：频率准确度、幅度平坦度、输出阻抗。
• 动态参数：频率切换时间、幅度调制深度、相位噪声。
• 特殊功能：脉冲调制、IQ调制、噪声源输出（如ENR校准）。
• 案例：5G NR测试需重点校准频率范围（如n78频段3.3-3.8GHz）、幅度线性度（±0.5dB）和相位噪声（<-120dBc/Hz@1kHz）。

2. 选择校准工具

需使用比被校设备精度高10倍以上的标准仪器：

• 频率校准：铷原子钟（如FS725，频率稳定度<1×10⁻¹¹/月）或GPS驯服频率源（如PRS10，短期稳定度<5×10⁻¹²@1s）。
• 幅度校准：功率计（如E4418B，动态范围-70dBm至+20dBm）或热敏电阻功率探头（如8481H，不确定度<±0.02dB）。
• 相位校准：相位噪声测试系统（如E5052B，相位噪声测量灵敏度<-170dBc/Hz@10kHz）。
• 辅助工具：同轴电缆（如RG402，衰减<0.5dB/m@1GHz）、校准夹具（如N型转SMA适配器，VSWR<1.1:1）。

二、校准步骤：分参数逐项修正

1. 频率校准

目标：修正输出频率与标称值的偏差（如标称1GHz，实际输出1.000001GHz）。
步骤：

1. 连接设备：将信号发生器的RF输出通过同轴电缆连接至频率计（如53230A，分辨率0.1mHz）。
2. 设置信号：输出标称频率（如1GHz），功率0dBm，连续波（CW）模式。
3. 测量误差：记录频率计读数（如1.000001GHz），计算偏差Δf=1kHz。
4. 修正方法：
   • 软件修正：通过GPIB/LAN接口发送SCPI命令（如FREQ:CORR 1kHz）调整频率偏移。
   • 硬件修正：若偏差超过软件修正范围（如±10ppm），需更换参考晶振（如OCXO，老化率<1×10⁻⁸/天）。
5. 验证：重复测量3次，取平均值，确保偏差<±0.5ppm（如1GHz时偏差<500Hz）。

2. 幅度校准

目标：修正输出功率与标称值的偏差（如标称0dBm，实际输出-0.2dBm）。
步骤：

1. 连接设备：信号发生器RF输出→功率计（如E4418B）→匹配负载（如50Ω终端）。
2. 设置信号：输出标称频率（如1GHz），标称功率（如0dBm），CW模式。
3. 测量误差：记录功率计读数（如-0.2dBm），计算偏差ΔP=0.2dB。
4. 修正方法：
   • 软件修正：通过SCPI命令（如POW:CORR 0.2dB）调整功率偏移。
   • 硬件修正：若偏差超过软件修正范围（如±2dB），需校准功率放大器（PA）的增益控制电压（如调整DAC输出码值）。
5. 验证：在-70dBm至+20dBm范围内，以10dB步进测量，确保幅度平坦度<±0.5dB（如1GHz时，-30dBm输出偏差<0.3dB）。

3. 相位噪声校准

目标：降低输出信号的短期相位波动（如1GHz信号在1kHz偏移处相位噪声<-120dBc/Hz）。
步骤：

1. 连接设备：信号发生器RF输出→相位噪声测试系统（如E5052B）→低噪声放大器（如LNA，增益40dB）。
2. 设置信号：输出标称频率（如1GHz），功率0dBm，CW模式。
3. 测量相位噪声：在1kHz偏移处记录相位噪声值（如-118dBc/Hz）。
4. 修正方法：
   • 优化锁相环（PLL）：调整PLL环路滤波器参数（如带宽从100kHz降至50kHz），降低环路噪声。
   • 更换参考源：若相位噪声超标（如>-115dBc/Hz@1kHz），需更换低相位噪声OCXO（如±0.001ppm，相位噪声<-150dBc/Hz@1kHz）。
5. 验证：在100Hz至1MHz偏移范围内测量，确保相位噪声符合指标（如1GHz时，1kHz偏移处<-120dBc/Hz）。

三、校准后处理：数据记录与报告

1. 生成校准证书

记录校准日期、环境条件（如温度23℃±1℃，湿度50%±10%）、校准项目、测量数据、修正方法及结果（如频率偏差<±0.5ppm，幅度平坦度<±0.5dB）。
案例：某计量实验室的校准证书模板：

设备型号：Keysight E8257D校准日期：2024-05-20环境条件：T=23.2℃, RH=48%校准项目：频率准确度（1GHz）测量值：1.0000005GHz修正值：+0.5Hz结果：偏差<±0.5ppm（符合指标）

2. 更新设备档案

将校准证书存入设备档案，并标记下次校准周期（通常为1年，关键设备可缩短至6个月）。
案例：某5G测试实验室对Rohde & Schwarz SMW200A的校准周期管理：

• 常规测试：1年校准1次。
• 计量检定：6个月校准1次（需通过CNAS认可的实验室）。
• 故障维修后：立即校准。

四、校准注意事项：避免常见错误

1. 环境干扰：校准过程中需远离强电磁场（如手机、微波炉），避免空间耦合干扰。
   • 案例：某实验室在未屏蔽环境下校准信号发生器，发现1GHz信号相位噪声测量值比屏蔽室内高5dBc/Hz，原因是手机信号耦合。
2. 工具精度：校准工具的精度需高于被校设备，否则会引入系统误差。
   • 案例：使用不确定度±0.1dB的功率计校准不确定度±0.05dB的信号发生器，会导致幅度校准结果不可信。
3. 连接损耗：同轴电缆、适配器的损耗需计入测量结果。
   • 案例：某工程师未考虑0.3dB的电缆损耗，导致信号发生器幅度校准后实际输出比标称值低0.3dB。
4. 软件版本：校准前需更新信号发生器的固件至最新版本，避免已知软件缺陷影响校准。
   • 案例：某型号信号发生器在旧固件中存在频率偏移计算错误，更新至V2.1后问题解决。

五、总结：信号发生器校准的“四步法”

1. 准备阶段：明确校准项目，选择高精度标准工具（如铷钟+功率计+相位噪声测试系统）。
2. 分项校准：按频率、幅度、相位噪声等参数逐项测量并修正（如软件调整偏移或硬件更换晶振）。
3. 验证与记录：重复测量确保结果稳定，生成校准证书并更新设备档案。
4. 环境与工具管理：控制校准环境干扰，定期检定校准工具精度。

通过上述流程，可确保信号发生器在关键测试（如5G NR、雷达、卫星通信）中的输出精度，满足国际标准（如3GPP、IEEE）的严格要求。