一體化的信號源分析儀

引言

無(wú)線(xiàn)傳輸的收發(fā)模塊的性能主要取決于所用本振的相位噪聲，因此模塊特性的準確測量，特別是相位噪聲的測量，是進(jìn)行有效通信和廣播的基本保證。在常用的相位測量應用中，一臺頻譜分析儀通?？梢詽M(mǎn)足測試要求。但是，如果需要更大的動(dòng)態(tài)范圍、更高的測量精度以及更多的靈活性時(shí)，基于鎖相環(huán)(PLL)的測量法更適合相位噪聲的測量。信號源分析儀FSUP在一臺儀表上集合了這兩種功能：一臺50GHz的高性能頻譜分析儀FSU，同時(shí)具備基于鎖相環(huán)測量法的相位噪聲測量功能。

基于鎖相環(huán)法測量相位噪聲

通常，基于鎖相環(huán)法測量相位噪聲非常復雜，而測量的校準工作更為麻煩。FSUP為客戶(hù)大大地簡(jiǎn)化了整個(gè)測量步驟，使得相位噪聲的測量只需一個(gè)按鍵。此外，用戶(hù)可以選擇外部或內部參考源，也可以選擇任一種參考源和比較器。然而，更多的應用是利用內部比較器和內部參考源進(jìn)行測量， FSUP將這樣的測量方式設置為默認方式，當然用戶(hù)也可通過(guò)簡(jiǎn)易的菜單選擇其它測量方式。

圖1  利用鑒相器法測量相位噪聲－信號頻率、電平以及殘余噪聲的同時(shí)顯示

儀器中的預測量功能會(huì )測量振蕩器的所有重要參數，比如功率和調諧斜率等。然后FSUP將自動(dòng)選擇理想的測量參數。根據輸入頻率的不同，儀器利用內部的頻率倍頻器使內部參考源工作在一個(gè)理想的范圍內。同時(shí)，用戶(hù)也可以改變預置的參數。頻率偏移范圍以及其它一些測量設置參數，像帶寬、濾波器類(lèi)型、平均次數等同樣容易設置。菜單的設置跟應用固件FS-k40相類(lèi)似，從而使得操作非常簡(jiǎn)單。

當開(kāi)始測量相位噪聲時(shí)，屏幕上會(huì )顯示“Locked”或者“Unlocked”表明鎖相環(huán)是否鎖定，如果已經(jīng)鎖定則測量可以開(kāi)始。環(huán)路帶寬可以根據需要而改變，同時(shí)在測量過(guò)程中鑒相器的電壓輸出會(huì )在屏幕上顯示。用戶(hù)可以選擇以下其一功能：顯示所有的雜散分量(像由AC頻率干擾或鑒相頻率引起的雜散)或者是消除所有的或特定指明的干擾分量。同時(shí)，FSUP也可以顯示完整的參數(像殘余調頻/調相或者是RMS抖動(dòng)等)。計算范圍包括整個(gè)測試范圍內，而綜合限制可以由用戶(hù)來(lái)設置。 

為了保證能準確測量振蕩器的相位噪聲，內部參考源的相位噪聲相對于被測件來(lái)說(shuō)必須要小到可以忽略的程度。FSUP內部參考源提供極好的相位噪聲特性以滿(mǎn)足測試需求。輸出頻率為640MHz，偏離載波10kHz時(shí)相位噪聲為-136dBc/Hz，偏離載波10MHz時(shí)為-165dBc/Hz。

圖2：內部源相對于不同輸入頻率的相位噪聲

利用互相關(guān)技術(shù)降低相位噪聲

安裝FSUP－B60選件后，信號源分析儀就配備了兩路平衡接收通道。這種對稱(chēng)結構可以對兩路通道進(jìn)行互相關(guān)運算，通過(guò)這樣的運算可以消除兩路參考源的非相關(guān)固有噪聲?；旌系姆至靠梢酝ㄟ^(guò)平均來(lái)消除，最終剩下的只有被測件的固有噪聲，這使靈敏度不再局限于內部參考源的固有相位噪聲。測量的改善程度主要決定于平均的次數，而最大可以改善達20dB。

圖3 互相關(guān)技術(shù)提高相位測量的靈敏度的原理

頂級的頻譜分析儀功能

信號源分析儀FSUP整合了一臺50GHz高性能頻譜分析儀。用戶(hù)可利用頻譜儀直接測量相位噪聲，這種測試方法的靈敏度決定于頻譜邊帶的功率譜密度。缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：需要更長(cháng)測量時(shí)間、靈敏度較低、測量動(dòng)態(tài)范圍較??；在頻譜儀模式下無(wú)法應用互相關(guān)技術(shù)，也不能區分幅度噪聲和相位噪聲，雜散的計算或消除也更為復雜。然而，其優(yōu)點(diǎn)也很明顯，可以獲得很大的測量頻率偏移。因此，頻譜分析儀在測量相位噪聲中是一個(gè)必不可少的儀器。當測量諧波或干擾信號時(shí)，該儀器提供超越頻譜儀基本功能的能力，如測量雜散信號。它可在各段的掃描范圍內設置不同的測量參數，自動(dòng)搜索干擾和雜散信號，可計算高達100000的雜散測量點(diǎn)數，測量結果以一個(gè)列表的形式顯示。

圖4 對帶有輸出帶濾波器的振蕩器的測量說(shuō)明通過(guò)互相關(guān)技術(shù)對靈敏度的改善

在信號源特性測量中鄰信道功率同樣是一重要指標。FSUP具有快速測量鄰信道功率的功能。用戶(hù)可以直接從預設置中選擇測量參數，也可以獨立設置信道帶寬和信道間距。FSUP的標準配置中同樣提供了很大的動(dòng)態(tài)范圍。該儀器像FM/PM/AM解調器一樣可以測量振蕩器信號的時(shí)間特性，具有對瞬態(tài)特性進(jìn)行寬帶分析和對高頻切換引起的影響進(jìn)行測試的功能。

振蕩器的完整特性測量

為了記錄振蕩器的各種特性，同時(shí)利用鎖相環(huán)測試方法測量相位噪聲，用戶(hù)必須準確設置壓控振蕩器的工作電壓和調諧電壓。為了滿(mǎn)足這樣的需要， FSUP提供了兩組獨立的低噪聲直流電輸出端口。工作電壓和調諧電壓可以通過(guò)簡(jiǎn)易的菜單進(jìn)行設置。為了滿(mǎn)足特殊的應用， FSUP同時(shí)提供負電壓的輸出。為了測量壓控振蕩器的特性，需要進(jìn)行以下這些典型測量：在固定的工作電壓下，改變調諧電壓(調諧特性)，或者在固定調諧電壓，而改變工作電壓(直流特性)，也可以在工作電壓和調諧電壓同時(shí)改變下測量。另外，這些參數的測量不僅可以在基波下測量，同時(shí)可以在諧波下測量。對于這些測量，用戶(hù)可以通過(guò)設定不同的測量點(diǎn)數來(lái)達到測量所需的分辨率。

結語(yǔ)

FSUP結合了相噪測試儀，瞬態(tài)測試儀和頻譜分析儀的功能，是一臺適合在研發(fā)和生產(chǎn)應用的理想儀器。這臺儀表可以使用戶(hù)減少在信號源分析儀的投入，而測試更加簡(jiǎn)易、功能更多。所有的功能可以通過(guò)LAN或GPIB總線(xiàn)作遠程控制，因此該儀表能夠很容易集成到生產(chǎn)線(xiàn)上。