Autocalibración para hardware de RF

En el contexto de la calibración, la verificación es el proceso de medir un dispositivo para comprobar que está funcionando dentro de sus especificaciones publicadas. Normalmente, cuando un laboratorio de metrología recibe un dispositivo para la calibración, primero se verifica y se registran las mediciones. Estas se conocen como las mediciones “como se encuentran”. En base a estos resultados, si el dispositivo requiere ajuste, se realizará un ajuste seguido de otra verificación. Estos puntos de datos posteriores al ajuste se denominan mediciones finales.

El ajuste es el proceso mediante el cual las constantes de calibración del módulo se actualizan en la memoria del dispositivo para un rendimiento más preciso. A menudo, el término calibración viene con la suposición de que el ajuste se realizará, pero no siempre es el caso. En tales casos, los datos “tal como se encuentran” serán los mismos que los datos “tal como se dejan”.

Figura 1. Diagrama de flujo de datos de calibración As-Is y As-Found

La precisión de un dispositivo se degradará naturalmente con el tiempo con el uso normal debido a la deriva inevitable de sus componentes a nivel de placa. Los dispositivos que requieren calibración suelen tener un intervalo de calibración recomendado. El intervalo de calibración es una recomendación del fabricante basada en los componentes del módulo y cómo se espera que su precisión se desvíe con el tiempo. Algunas aplicaciones pueden requerir un intervalo de calibración más corto debido a requisitos de tolerancia de medición más estrictos. El cliente evalúa la necesidad de un intervalo de calibración más corto.

Junto con el tiempo, la variación de temperatura juega otro papel importante en la precisión de un dispositivo.  Por lo tanto, la calibración y el ajuste externos se realizan a una temperatura específica que se registra y almacena en la memoria a bordo del módulo. Necesitamos una manera de ajustar las diferencias entre la temperatura de calibración externa y la temperatura de funcionamiento real. Además de estos beneficios, dependiendo del módulo, la autocalibración puede mejorar comportamientos como el rechazo de imágenes que no están cubiertos con calibración externa.

La autocalibración es un proceso mucho más corto que una calibración externa. Además, se puede realizar en cualquier momento. Por esta razón, la autocalibración es un gran paso de solución de problemas para NI RF Instruments. Cuando las mediciones parecen incorrectas o inesperadas, se puede realizar una autocalibración con poco esfuerzo. Si bien la autocalibración no señala explícitamente un componente o área problemática, realizar la autocalibración garantiza que el dispositivo sea lo más preciso posible. Esto puede ser útil para solucionar problemas como rendimiento espurio inesperado o inexactitudes de medición.

Como se mencionó anteriormente, la calibración externa es el proceso mediante el cual se verifica el rendimiento de un módulo en comparación con referencias conocidas. Las constantes de calibración, así como la fecha, hora y temperatura de la última calibración externa se almacenan en la memoria integrada del módulo. Además de un mejor rendimiento, algunos laboratorios de metrología ofrecen calibración externa con trazabilidad y acreditación si la aplicación o industria requiere el cumplimiento de un estándar de calibración. Para obtener más información sobre los servicios de calibración de NI, o para obtener el certificado de calibración para módulos NI, consulte los enlaces a continuación. Para comprobar el intervalo de calibración externo recomendado para un módulo, consulte el documento de especificaciones del módulo.

Servicios de calibración NI
Generador de certificados de instrumentos NI

A diferencia de la calibración externa, la autocalibración se realiza con más frecuencia y utiliza una referencia precisa a bordo para compensar las variaciones de temperatura del nivel del tablero. Durante cada autocalibración, los valores de corrección se almacenan en la memoria a bordo para la autocalibración, sin embargo, los datos de calibración externa permanecen inalterados.

Autocalibración de Analizadores de Señales Vectoriales NI y Generadores de Señales Vectoriales

La forma más fácil de realizar una autocalibración en los analizadores y generadores de señales vectoriales NI es utilizar el panel frontal blando del dispositivo (paneles frontales blandos RFSA o RFSG) como se ve en la Figura 2 a continuación. El botón de autocalibración se puede encontrar en ambos paneles frontales suaves navegando hasta Dispositivo/Sistema >> Calibración. En el caso del PXIe-5644R/5645R/5646R, el botón de autocalibración de los paneles frontales blandos realiza una autocalibración parcial. La calibración parcial se discute con más detalle más adelante en este artículo.

Figura 2. Autocalibración a través del panel frontal blando NI-RFSA

Además, para los Analizadores de Señales Vectoriales y los Generadores de Señales Vectoriales (excluyendo el PXIe-5644R/5645R/5646R) la autocalibración se puede realizar a través de las API NI-RFSA y NI-RFSG LabVIEW, respectivamente, utilizando el niRFSA Self Cal VI o el niRFSG Self Cal VI. Esto también se puede realizar en C usando las funciones niRFSA_SelfCalibrate y niRFSG_SelfCalibrate.

Nota: La mayoría de las funciones de calibración LabVIEW también están disponibles en C. Hay un enlace a la Referencia de funciones C para funciones de calibración en la sección Enlaces relacionados a continuación.

Figura 3. niRFSA Self Cal VI se utiliza para realizar la Autocalibración

Para analizadores y generadores multimódulo como el PXIe-5668R o el PXIe-5673E, la autocalibración específica del módulo se puede realizar en NI Measurement and Automation Explorer (NI MAX). Las autocalibraciones específicas del módulo también se pueden realizar a través del controlador; sin embargo, todavía puede ser necesaria una autocalibración completa del sistema. El niRFSA Is Self Cal Valid VI se puede utilizar para determinar si hay datos válidos de autocalibración en el dispositivo. También devuelve una serie de pasos válidos que se pueden proporcionar directamente a los pasos para omitir la entrada del niRFSA Self Cal VI. La omisión de pasos se discute en la siguiente sección.

Figura 4. niRFSA Is Self Cal Valid VI se utiliza para determinar si se necesita autocalibración

Omitir los pasos de autocalibración en los analizadores de señales vectoriales

La omisión de pasos permite al usuario disminuir el tiempo de autocalibración dirigiéndose a subsistemas específicos del dispositivo. Cada dispositivo analizador de señales vectoriales es diferente en los pasos que realiza durante la autocalibración. Para cada módulo, se puede encontrar una lista de pasos específicos que se pueden omitir en la sección específica del dispositivo de la documentación de Ayuda NI-RFSA. Por ejemplo, el PXIe-5668R autocalibra los siguientes parámetros:

• Alineación del preselector
• Planicidad IF
• Referencia de ganancia
• Autocalibración LO

El niRFSA Self Cal VI proporciona una entrada de matriz para omitir pasos. Como se mencionó anteriormente, no todas las opciones de pasos se aplican a todos los analizadores. Si alguno de los pasos especificados para omitir no es compatible con el analizador, el controlador devolverá un error.

Figura 5. Omitir los pasos en el proceso de autocalibración de la RFSA

Cabe señalar que la omisión de pasos puede invalidar los datos de autocalibración, lo que a su vez hace que no se garanticen las especificaciones asociadas. Por el contrario, omitir pasos válidos no invalida ninguna especificación.

Autocalibración de los transceptores de señales vectoriales NI

Los transceptores de señales vectoriales (VST) se pueden autocalibrar utilizando el panel frontal blando NI-RFSA y los paneles frontales blandos NI-RFSG. Además, se puede utilizar el niVST Self Calibrate VI en la API de bibliotecas de diseño de instrumentos (IDL) de VST.

Además de las opciones descritas, hay una utilidad específica incluida en las instalaciones de controladores NI-RFSA, NI-RFSG y VST IDL que se puede utilizar para calibrar los dispositivos NI PXIe-5644R/5645R/5646R. La utilidad se puede encontrar en Windows navegando hasta Inicio>>Todos los programas>>Instrumentos nacionales>>Transceptores de señales vectoriales>>VST Self Calibrate.

Rango parcial de autocalibración

Además, los transceptores de señales vectoriales NI cuentan con la capacidad de realizar una autocalibración parcial. La autocalibración parcial permite al usuario realizar la autocalibración solo en los rangos de frecuencia y nivel de referencia necesarios para la aplicación. También es posible elegir qué tipos de correcciones aplicar omitiendo los pasos que no son necesarios para la aplicación. Esto permite al usuario adaptar la autocalibración a su aplicación específica.  Los datos de una autocalibración parcial no se almacenan en la memoria FLASH del VST, ya que son para una autocalibración normal. En su lugar, se almacena en la memoria del dispositivo del núcleo y, en consecuencia, estos datos se pierden al reiniciarse.

La autocalibración parcial toma una fracción del tiempo de una autocalibración completa. Esto minimiza el tiempo y la deriva de temperatura entre la autocalibración parcial y la medición, lo que a su vez mejora la precisión de la medición.
Hay dos formas de realizar una autocalibración parcial. Dado que el VST tiene tanto un analizador como un generador, niRFSA RF en el rango de autocalibración VI y niRFSG RF fuera del rango de autocalibración VI se pueden utilizar para realizar la autocalibración parcial en cada uno, respectivamente. Alternativamente, niVST RF In Self Calibrate Range VI y niVST RF Out Self Calibrate Range VI se pueden utilizar cuando se trabaja a partir de proyectos de muestra de FPGA abierta.

Nota: También puede omitir pasos como parte de una calibración parcial como se ha descrito anteriormente.

Conceptos clave:

• La autocalibración compensa las imprecisiones causadas por el tiempo de deriva de los componentes y las variaciones de temperatura y se requiere para cumplir con algunas especificaciones del analizador y el generador. También proporciona rechazo de imagen y otras correcciones que la calibración externa no depende del módulo.
  • Se puede realizar en el Panel frontal suave del dispositivo adecuado o a través de la API de controlador compatible. En el caso del PXIe-5644R/5645R/5646R, también se puede utilizar la utilidad de autocalibración.
• Las autocalibraciones se realizan en pasos que varían según el dispositivo.
  • En algunos analizadores de señales vectoriales NI, se pueden omitir los pasos para acelerar la autocalibración si es necesario.
  • El niRFSA Is Self Cal Valid VI devuelve una matriz de pasos que contienen datos válidos de autocalibración que se pueden pasar a los pasos para omitir la entrada del niRFSA Self Cal VI.
• En el caso del PXIe-5644R/5645R/5646R, se puede realizar una autocalibración parcial en un rango de frecuencia y nivel de referencia más pequeño. Esto permite al usuario seleccionar un rango más pequeño de frecuencias y niveles de referencia específicos para la aplicación actual para reducir el tiempo de autocalibración.
• La autocalibración es un recurso útil para la solución de problemas de NI RF Instruments y debe ser el primer paso al diagnosticar mediciones inesperadas.

Como se ha analizado en este artículo, la autocalibración es una herramienta necesaria y útil para realizar mediciones precisas con analizadores, generadores y transceptores de señales vectoriales NI. Para obtener más información, consulte la sección Enlaces relacionados a continuación y póngase en contacto con NI Support en customerservice@ni.com para obtener asistencia técnica.

• • NI RF Vector Signal Analyzers (NI-RFSA) Ayuda: Referencia de la función de calibración de LabVIEW
  • NI RF Vector Signal Analyzers (NI-RFSA) Ayuda: C Referencia de la función de calibración
  • NI RF Vector Signal Analyzers (NI-RFSA) Ayuda: NI 5668R Autocalibración