RFハードウェアのセルフキャリブレーション

キャリブレーションにおける検証とは、デバイスが公開仕様範囲内で動作しているかをチェックするプロセスです。通常、計測ラボはキャリブレーションのためにデバイスを受け取ると、最初に検証され、測定値が記録されます。これらは「調整前」測定と呼ばれます。この結果に基づいて、デバイスで調整が必要な場合は、調整を行った後に再度検証を行います。これらの調整後のデータポイントは「調整後」測定と呼ばれます。

調整とは、モジュールのキャリブレーション定数をデバイスメモリで更新して、より正確なパフォーマンスを実現するプロセスです。キャリブレーションという用語には、調整が行われるという前提が付随している場合がよくありますが、必ずしもそうとは限りません。このような場合、「as-found」データは「as-left」データと同じになります。

図1. 現状および確認後のキャリブレーションデータフローチャート

デバイスの確度は、通常の使用ではボードレベルのコンポーネントのドリフトにより時間の経過とともに当然低下します。キャリブレーションが必要なデバイスには、通常、推奨キャリブレーション間隔があります。キャリブレーション間隔は、モジュールのコンポーネントと、時間の経過とともに確度がどのように変動するかに基づいて、製造元が推奨する値です。アプリケーションによっては、より厳しい測定許容範囲の要件により、キャリブレーション間隔を短くする必要がある場合があります。キャリブレーション間隔の短縮の必要性は、お客様が判断します。

時間の経過とともに、温度変化もデバイスの確度に大きく影響します。 そのため、外部キャリブレーションおよび調整は、モジュールのオンボードメモリに記録および保存される特定の温度で実行されます。外部キャリブレーション温度と実際の動作温度の差を調整する方法が必要です。これらの利点に加えて、モジュールによっては、セルフキャリブレーションによって、外部キャリブレーションでカバーされない画像除去などの動作を改善できます。

セルフキャリブレーションは、外部キャリブレーションよりもはるかに短いプロセスです。また、いつでも実行できます。このため、セルフキャリブレーションはNI RF計測器のトラブルシューティングとして最適です。測定が不正確または予期しない場合、セルフキャリブレーションをわずかな労力で実行できます。セルフキャリブレーションは、コンポーネントまたは問題のある領域を明示的に指定しませんが、セルフキャリブレーションを実行することでデバイスが可能な限り正確であることを確認します。これは、予期しないスプリアス性能や測定の不正確さなどの問題のトラブルシューティングに役立ちます。

前述したように、外部キャリブレーションとは、既知の基準に対してモジュールの性能を検証するプロセスです。キャリブレーション定数、および最新の外部キャリブレーションの日付、時間、温度は、モジュールのオンボードメモリに保存されます。性能の向上に加えて、アプリケーションや業界でキャリブレーション基準への準拠が必要とされる場合は、トレーサビリティと認定を備えた外部キャリブレーションを提供する計測器試験所もあります。NIのキャリブレーションサービスの詳細、またはNIモジュールのキャリブレーション証明書を入手するには、以下のリンクを参照してください。モジュールの推奨外部キャリブレーション間隔を確認するには、モジュールの仕様書を参照してください。

NI校正サービス
NI計測器証明書ジェネレータ

外部キャリブレーションとは対照的に、セルフキャリブレーションはより頻繁に実行され、正確なオンボード基準を使用してボードレベルの温度変動を補正します。各セルフキャリブレーションでは、セルフキャリブレーション用に補正値がオンボードメモリに保存されますが、外部キャリブレーションデータは変更されません。

NIベクトル信号アナライザおよびベクトル信号発生器のセルフキャリブレーション

NIベクトル信号アナライザおよび発生器でセルフキャリブレーションを実行する最も簡単な方法は、以下の図2に示すように、デバイスのソフトフロントパネル（RFSAまたはRFSGソフトフロントパネル）を使用することです。セルフキャリブレーションボタンは、両方のソフトフロントパネルでデバイス/システム >> キャリブレーションを選択して開くことができます。PXIe-5644R/5645R/5646Rの場合、ソフトフロントパネルのセルフキャリブレーションボタンは部分的なセルフキャリブレーションを実行します。部分キャリブレーションについては、この記事の後半で詳しく説明します。

図2. NI-RFSAソフトフロントパネルによるセルフキャリブレーション

また、ベクトル信号アナライザおよびベクトル信号発生器（PXIe-5644R/5645R/5646Rを除く）では、「niRFSA Self Cal」VIまたは「niRFSG Self Cal」VIを使用して、それぞれNI-RFSAおよびNI-RFSG LabVIEW APIを介してセルフキャリブレーションを実行できます。これは、「niRFSA_SelfCalibrate」関数および「niRFSG_SelfCalibrate」関数を使用してCで実行することもできます。

メモ:LabVIEWのキャリブレーション関数のほとんどは、Cでも使用できます。以下の「関連リンク」セクションには、キャリブレーション関数のC関数リファレンスへのリンクがあります。

図3. 「niRFSAセルフキャリブレーション」VIを使用してセルフキャリブレーションを実行

PXIe-5668RまたはPXIe-5673Eなどのマルチモジュールアナライザおよび発生器では、NI Measurement and Automation Explorer（NI MAX）でモジュール固有のセルフキャリブレーションを実行できます。モジュール特有のセルフキャリブレーションはドライバを介して行うこともできますが、その場合もシステムのフルセルフキャリブレーションが必要な場合があります。「niRFSAセルフキャリブレーション有効か」VIを使用して、デバイスに有効なセルフキャリブレーションデータがあるかどうかを確認できます。また、「niRFSAセルフキャリブレーション」VIの入力を省略するためにステップに直接提供できる有効なステップの配列を返します。ステップの省略については、次のセクションで説明します。

図4. 「niRFSAセルフキャリブレーション有効か」VIを使用してセルフキャリブレーションが必要かどうかを判断

ベクトル信号アナライザのセルフキャリブレーションステップを省略する

ステップを省略すると、デバイスの特定のサブシステムをターゲットにしてセルフキャリブレーションの時間を短縮できます。各ベクトル信号アナライザデバイスは、セルフキャリブレーション中に実行するステップが異なります。各モジュールで省略できる手順の一覧は、『NI-RFSAヘルプ』のデバイス固有のセクションに記載されています。たとえば、PXIe-5668Rは以下のパラメータのセルフキャリブレーションを行います。

• プリセレクタのアライメント
• IFフラットネス
• ゲインリファレンス
• LOのセルフキャリブレーション

「niRFSAセルフキャリブレーション」VIは、ステップを省略するための配列入力を提供します。前述したように、すべてのステップオプションがすべてのアナライザに適用されるわけではありません。省略するように指定されたステップのいずれかがアナライザでサポートされていない場合、ドライバはエラーを返します。

図5.RFSAセルフキャリブレーションプロセスでステップを省略する

手順を省略すると、セルフキャリブレーションデータが無効になり、関連する仕様が保証されない可能性があることに注意してください。逆に、有効なステップを省略しても仕様は無効になりません。

NIベクトル信号トランシーバのセルフキャリブレーション

ベクトル信号トランシーバ（VST）は、NI-RFSA ソフトフロントパネルおよび NI-RFSG ソフトフロントパネルを使用してセルフキャリブレーションできます。また、VST計測器設計ライブラリ（IDL）APIの「niVSTセルフキャリブレーション」VIも使用できます。

NI-RFSA、NI-RFSG、およびVST IDLドライバには、上記のオプションの他に、NI PXIe-5644R/5645R/5646Rデバイスのキャリブレーションに使用する特定のユーティリティが含まれています。このユーティリティは、Windowsでスタート→すべてのプログラム→National Instruments→Vector Signal Transceivers→VST Self Calibrateを選択して開くことができます。

部分セルフキャリブレーション範囲

さらに、NIベクトル信号トランシーバには、部分的なセルフキャリブレーションを実行する機能があります。部分的なセルフキャリブレーションにより、ユーザはアプリケーションに必要な周波数および基準レベル範囲のみでセルフキャリブレーションを実行できます。また、アプリケーションに不要なステップを省略して、適用する補正のタイプを選択することもできます。これにより、ユーザはセルフキャリブレーションを特定のアプリケーションに合わせて調整できます。 部分的なセルフキャリブレーションのデータは、通常のセルフキャリブレーションと同様にVSTのフラッシュメモリには保存されません。代わりに、カーネルデバイスのメモリに保存されるため、このデータは再起動時に失われます。

部分的なセルフキャリブレーションは、完全なセルフキャリブレーションの数分の1の時間で完了します。これにより、部分的なセルフキャリブレーションと測定の間の時間と温度ドリフトが最小限に抑えられ、測定確度が向上します。
部分セルフキャリブレーションを実行するには、2つの方法があります。VSTにはアナライザと発生器の両方があるため、「niRFSA RF In Self-Calibrate Range」VIと「niRFSG RF Out Self-Calibrate Range」VIを使用してそれぞれ部分的なセルフキャリブレーションを実行できます。または、「niVST RF In Self Calibrate Range」VIおよび「niVST RF Out Self Calibrate Range」VIを使用して、FPGAサンプルプロジェクトを開きます。

メモ:前述の部分キャリブレーションの一部として手順を省略することもできます。

主な概念:

• セルフキャリブレーションは、コンポーネントのドリフト時間および温度変化による誤差を補正するため、アナライザおよび発生器の仕様を満たす必要があります。また、外部キャリブレーションがモジュールに依存していない画像除去およびその他の補正も提供します。
  • 適切なデバイスのソフトフロントパネルまたはサポートされているドライバAPIを介して実行できます。PXIe-5644R/5645R/5646Rの場合は、セルフキャリブレーションユーティリティも使用できます。
• セルフキャリブレーションは、デバイスによって異なるステップで実行されます。
  • 一部のNIベクトル信号アナライザでは、セルフキャリブレーションの速度を上げるためにステップを省略できます。
  • 「niRFSAセルフキャリブレーション有効か」VIは、「niRFSAセルフキャリブレーション」VIの入力を省略するためにステップに渡すことができる有効なセルフキャリブレーションデータを含むステップの配列を返します。
• PXIe-5644R/5645R/5646Rの場合、部分的なセルフキャリブレーションはより狭い周波数および基準レベル範囲で実行できます。これにより、ユーザは現在のアプリケーションに特有のより狭い周波数範囲と基準レベルを選択して、セルフキャリブレーション時間を短縮できます。
• セルフキャリブレーションは、NI RF計測器のトラブルシューティングに役立つリソースであり、予期しない測定を診断する際の最初のステップとなります。

この記事で説明したように、セルフキャリブレーションはNIベクトル信号アナライザ、発生器、およびトランシーバで正確な測定を行うために必要かつ有用なツールです。詳細については、以下の「関連リンク」セクションを参照し、技術サポート (customerservice@ni.com) までお問い合わせください。

• • NI RFベクトル信号アナライザ（NI-RFSA）ヘルプ:LabVIEWキャリブレーション関数リファレンス
  • NI RFベクトル信号アナライザ（NI-RFSA）ヘルプ:Cキャリブレーション関数リファレンス
  • NI RFベクトル信号アナライザ（NI-RFSA）ヘルプ:NI 5668Rセルフキャリブレーション