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교육용 계산 모델

장비 스터디

Keysight N9020B10 Hz to 26.5 GHz · 160 MHz analysis bandwidthFirmware A.43.4955분

SA에 PA 출력을 연결하기 전에 어떤 level을 먼저 계산해야 할까?

Keysight N9020B-526/B1X/MPB/P26에서 connector damage, input attenuation, preamp, mixer level, ADC clipping과 reference level을 분리하고 안전한 PA 입력 경로를 구성한다.

SA 화면의 맨 위가 +20 dBm Ref라고 표시돼도 RF connector가 자동으로 +20 dBm에서 보호되는 것은 아니다. Reference level은 display와 내부 level plan을 정하는 측정 설정이고, coupler·attenuator·DC block은 PA 에너지가 connector에 도착하기 전에 줄이는 물리 보호다.

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직관 · 무엇이 보이나?

한 개의 input level 대신 네 개의 경계를 보자

PA 출력에서 trace까지

PA output plane
  → coupler / external pad / cable / DC block
  → N9020B RF INPUT connector
  → step attenuator → P26 preamp → preselector / mixer
  → IF gain / anti-alias filter → ADC
  → RBW / detector / measurement → trace

이 경로에는 서로 대신할 수 없는 경계가 있다.

  1. Connector average·peak·DC — 손상을 막는 절대 경계다.
  2. Mixer level — 내부 distortion과 noise의 균형을 정한다.
  3. ADC full scale — wideband peak가 digitizer를 clip하는 경계다.
  4. Reference level — 결과를 화면 어디에 놓고 auto level plan을 어떻게 잡을지 정한다.
MXA 입력 level plan

PA 출력이 connector에서는 안전해도 mixer와 ADC를 overload할 수 있는가?

DUT plane, 외부 path, analyzer connector, input attenuator, preamp와 mixer를 서로 다른 기준면으로 계산합니다.

교육용 계산 모델 · 실제 장비 정확도나 compliance 판정을 대신하지 않습니다.

초기 영향 경로 · Source → DUT → Acquisition → DSP / Math → Display

  1. Source파형·전력·할당
  2. DUT전달·반사·비선형
  3. Acquisitionmixer·IF·ADC
  4. DSP / MathRBW·FFT·복소수
  5. Displaytrace·marker·grid

먼저 결과를 예측해보세요

외부 pad는 그대로 두고 MXA input attenuation만 10 dB 늘리면?

Connector와 internal level gate를 통과했습니다

Reference level은 화면 눈금이며 damage protector가 아닙니다.

Connector power와 mixer level의 서로 다른 경계Connector average 2.5 dBm, peak 10.5 dBm, mixer average -27.5 dBm이며 safety gate는 pass입니다.Connector plane-60-40-200203050+30 average damageavg 2.5peak 10.5After input attenuator / preamp · mixer plan−12 conservative checkmixer -27.5 dBm
그래프 값을 표로 보기
입력 안전 수치
항목값해석
DUT Pavg / PEP40.0 / 48.0 dBmPA output plane
Connector worst case2.5 / 10.5 dBmPath + uncertainty + guard 포함
Average damage+30 dBm정상 운용 목표가 아닌 damage level
Conditional pulse+50 dBm≤10 µs, ≤1%, attenuation ≥30 dB만
Mixer average / peak-27.5 / -19.5 dBmConnector − input attenuation + P26 max nominal 0 dB
Wideband ADC check-8 dBm assumptionBand 0 · low IF gain 교육 가정 안; 실제 overload status 확인

한 knob가 어느 기준면에 작용하는지 확인합니다

외부 attenuation은 connector 앞, input attenuation은 connector 뒤입니다.

  1. PLANECoupler · pad
  2. ATTEN0–70 dB
  3. MIXERLO · preselector
  4. IFRBW · VBW
  5. ADCIQ · trigger
  6. RESULTTrace · power
Connector avg headroom
27.5 dB
Mixer conservative headroom
15.5 dB
Preamp
OFF
Safety gate
PASS

지금 보이는 변화의 원인

같은 계산 state
변경
DUT 40.0 dBm average · 외부 40.0 dB · 내부 30.0 dB
직접 효과
Connector worst case 2.5 dBm, mixer average -27.5 dBm입니다.
화면 결과
Damage와 ADC 경계 안에서 trace를 시작할 수 있습니다.
비용·한계
화면 밖 강한 신호, attenuator pulse rating, DC와 잘못 연결한 coupler는 software가 막지 못합니다.

원인을 자기 말로 닫아보세요

바꾼 물리량 → 영향을 받은 stage → 화면에서 바뀐 부분 → 비용·한계 순서로 설명합니다.

먼저 예측을 맞게 고정하세요.

측정 주의 · 고전력 연결은 물리적 coupler/pad/DC block과 power rating을 먼저 확인하고 preamp OFF, 높은 attenuation에서 시작하세요.

Damage, overload와 정확도는 같은 선이 아니다

N9020B 공식 사양의 maximum safe input은 preamp 유무와 관계없이 average total power +30 dBm (1 W)다. +50 dBm (100 W) pulse는 다음 세 조건을 모두 만족할 때만 제시된다.

  • Pulse width ≤10 µs
  • Duty cycle ≤1%
  • Input attenuation ≥30 dB

DC safe input도 coupling 상태에 따라 다르다. DC coupled는 ±0.2 Vdc, AC coupled는 ±100 Vdc다. 이 숫자는 정확도를 보장하는 반복 운용점이 아니고, 넘으면 손상될 수 있는 절대 한계다. Station working limit은 uncertainty와 transient를 포함해 이보다 충분히 낮아야 한다.

Preamp는 약한 신호를 위한 SNR knob다

P26 preamp를 켜면 weak spur를 보기 쉬워질 수 있지만 PA output을 연결하는 첫 상태로 사용하지 않는다. Preamp 앞의 connector damage 경계는 사라지지 않고, preamp와 뒤쪽 mixer·ADC headroom은 더 작아진다. 먼저 preamp OFF, 충분한 external attenuation과 높은 internal attenuation으로 신호 존재를 확인한다.

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실무 조작·해석 · 무엇을 바꿀까?

Connector budget을 닫은 뒤 front end를 한 단계씩 연다

1. SA connector에 실제로 도착할 power를 계산한다

PA가 40 dBm average, waveform PAPR가 9 dB, PA output에서 SA connector까지의 coupler·pad·cable 총 attenuation이 45 dB라면 nominal 입력은 다음과 같다.

기준면AveragePeak해석
PA output40 dBm49 dBmDUT가 낼 수 있는 worst-case를 사용
SA connector−5 dBm4 dBmpath component가 압축되지 않을 때
30 dB internal attenuation 뒤−35 dBm−26 dBm내부 level plan의 출발점

External pad와 coupler는 PA output의 through·coupled peak power rating을 각각 견뎌야 한다. Coupling factor 오차, cable loss 오차, PA overshoot와 temperature drift를 합친 uncertainty는 허용 한계를 낮추는 방향으로 적용한다.

2. 안전한 front-panel bring-up

  1. SG RF OFF, PA bias safe-down, SA input cable 분리 상태에서 path를 확인한다.
  2. Coupler 방향, external pad 값·주파수·average/peak rating과 DC block을 확인한다.
  3. N9020B에서 Spectrum Analyzer mode를 선택한다.
  4. Preamp OFF, input attenuation 30–40 dB, reference level을 예상 connector peak보다 높게 둔다.
  5. Center/span을 신호와 예상 harmonic·spur 관찰 범위에 맞춘다.
  6. SA를 먼저 arm한 뒤 PA를 낮은 drive에서 시작한다.
  7. OVLD, IF overload, ADC overload 표시와 error queue를 확인한다.
  8. Trace가 예상보다 낮을 때만 attenuation을 작은 step으로 줄인다. Preamp는 weak-signal 전용 재측정에서 마지막에 고려한다.
  9. Internal attenuation을 +10 dB 바꿔 DUT trace가 보정 후 같은 level인지 확인한다. Spur·ACLR이 크게 좋아지면 analyzer distortion을 의심한다.

3. Preset에 기대지 않는 remote preflight

다음은 의도를 보여주는 기본 sequence다. 실제 실행에서는 각 command를 query-back하고 A.43.49 command reference의 범위·coupling을 확인한다.

*IDN?
*OPT?
ABOR
*CLS
INST:SEL SA
CONF:SAN:NDEF
INIT:CONT OFF
POW:GAIN OFF
POW:ATT:AUTO OFF
POW:ATT 40 DB
DISP:WIND:TRAC:Y:RLEV 10 DBM
FREQ:CENT 3.5 GHZ
FREQ:SPAN 200 MHZ
POW:GAIN?
POW:ATT?
DISP:WIND:TRAC:Y:RLEV?
SYST:ERR?

*RST는 input cable에 이미 power가 들어오는 상황에서 안전 명령이 아니다. Preset이 attenuation·preamp·measurement mode를 바꿀 수 있기 때문이다. Automation의 시작은 현재 오류를 기록하고 ABOR, single acquisition, preamp OFF와 보수적인 attenuation을 명시하는 것이다.

4. Overload를 DUT 성능으로 저장하지 않는다

다음 중 하나라도 있으면 해당 acquisition은 invalid다.

  • Front-panel overload 또는 clipping indicator
  • Error queue의 overload·uncalibrated 상태
  • Attenuation을 10 dB 늘렸더니 spur 또는 ACLR이 의미 있게 좋아짐
  • 같은 physical input에서 reference level만 바꿨는데 결과가 비정상적으로 이동함
  • Trace top이 평평해지거나 IQ time waveform peak가 잘림
  • 예상 channel power와 independent power sensor가 uncertainty를 넘어 불일치함

Reference level을 올려 경고가 사라졌다는 사실만으로 이전 data를 복구할 수 없다. 새 level plan에서 다시 acquire한다.

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수식·규격 · 어떻게 검증할까?

Connector, mixer와 ADC margin을 서로 다른 식으로 닫자

수식 열기SA connector average와 peak
P_SA,avg = P_PA,avg − L_path;   P_SA,peak = P_PA,avg + PAPR − L_path

모든 항이 dBm/dB일 때의 식이다. Lpath는 DUT output plane에서 SA connector까지의 signed total attenuation이다. Coupler, pad, cable과 adapter loss를 포함하고 path compression이 없다는 조건이 필요하다.

수식 열기Guard를 포함한 worst-case connector power
P_worst = P_nominal + U_path + U_source + G_guard

Uncertainty와 guard는 예상 입력을 높이는 방향으로 더한다. Damage limit에서 guard를 빼는 방식으로 구현해도 같은 부등식을 만들어야 한다. Pworst가 station working limit과 같거나 높으면 acquisition을 거절한다.

수식 열기Mixer level의 1차 모델
P_mix ≈ P_SA − A_input + G_preamp

Ainput과 Gpreamp는 dB다. 실제 N9020B level plan에는 preselector, frequency band, IF path와 auto ranging이 관여하므로 instrument overload status와 specification의 measurement별 optimum mixer level을 함께 사용한다.

수식 열기Wideband peak headroom
H_ADC = P_full-scale − P_peak,at ADC

Average power만 맞아도 OFDM peak가 ADC full scale을 넘으면 clipping된다. B1X 160 MHz path의 full scale은 frequency, IF path, attenuation과 gain state에 의존한다. 화면 trace의 average와 IQ peak를 함께 확인한다.

왜 attenuation을 올리면 weak spur가 사라질 수 있을까?

Input attenuation을 10 dB 올리면 mixer에 들어가는 DUT와 noise가 함께 10 dB 낮아진다. Analyzer가 display calibration으로 carrier level을 보정해도 내부 noise contribution은 상대적으로 커진다. 반대로 mixer-generated IMD는 빠르게 줄어들 수 있다. 따라서 낮은 attenuation은 항상 정확도 아니고, 높은 attenuation은 항상 안전하고 정확도 아니다. 목적은 connector protection을 물리적으로 확보한 뒤 measurement-specific dynamic range가 최대가 되는 mixer level을 찾는 것이다.

완료 전 자기 설명

  1. Reference level을 높여도 왜 PA의 connector damage risk가 사라지지 않는가?
  2. +50 dBm pulse를 사용할 수 있는 세 조건은 무엇이며, 왜 working target이 아닌가?
  3. Input attenuation을 10 dB 바꿔 spur가 크게 달라지면 DUT와 analyzer 중 무엇을 의심해야 하는가?
  4. PAPR가 높은 waveform에서 average connector power와 ADC peak headroom을 왜 따로 계산하는가?

이 교육 모델은 실제 N9020B calibration, connector 상태, 외부 보호 부품의 rating 또는 bench interlock를 대신하지 않는다.

단원을 닫기 전에

같은 조건으로 설명하고 재현할 수 있나요?

완료 기준

  • +30 dBm average와 조건부 +50 dBm pulse가 운용 목표가 아닌 connector damage level임을 설명할 수 있다.
  • PA output, coupling·attenuation, PAPR와 uncertainty로 SA connector average·peak를 계산할 수 있다.
  • Reference level, input attenuation, preamp, mixer level과 ADC headroom을 서로 다른 경계로 설정할 수 있다.

대표 bench

Source
Keysight N5182B MXG, RF OFF에서 시작하고 PA input drive를 최소값으로 제한
DUT
Connectorized PA output, 방향이 확인된 coupler·external attenuator·DC block와 50 Ω load
Analyzer
Keysight N9020B-526 + B1X + MPB + P26, firmware A.43.49, preamp OFF와 높은 input attenuation으로 시작

근거와 더 읽을 자료

  1. 장비 문서N9020B MXA Signal Analyzer Specifications GuideKeysight Technologies
  2. 장비 문서N9020B MXA Configuration GuideKeysight Technologies
  3. Application noteSpectrum Analysis BasicsKeysight Technologies