一款高性?xún)r(jià)比的實(shí)時(shí)頻譜分析

　　Signal Hound最近的革新產(chǎn)品BB60C，是基于備受市場(chǎng)好評的BB60A基礎上的優(yōu)化版。Signal Hound BB60C相對于BB60A在SFDR的典型值上提高20dB，通過(guò)減少頻段過(guò)渡將噪底平滑度提高了8dB以上，將工作溫度擴展至-40°C到+65°C，并且擴展了I/Q采集帶寬，使其從250KHz到27MHz可選。

　　硬件

　　Signal Hound BB60C是一個(gè)二次變頻的超外差接收機，使用了兩個(gè)獨立的中頻(IF)。每個(gè)中頻都在射頻區域設計了相對應的分立式元件陷波器，從而進(jìn)行很好的中頻抑制以消除雜散。每個(gè)射頻頻段同樣也設計了分立元件的濾波器，這些濾波器是設計在PCB多層板的中間，專(zhuān)門(mén)設計以抑制鏡像頻率成分和本震泄漏(見(jiàn)圖1)。

　　對于濾波器不能濾除的二階互調產(chǎn)物，在預放和混頻級都利用推挽放大器，有效地消除了偶數階的互調，從而減小二階互調造成的雜散。20MHz以下的信號將不會(huì )進(jìn)行混頻而直接到AD轉換，從而避免因混頻產(chǎn)生的互調。

　　BB60C的前端衰減器和預放用以進(jìn)行增益控制，從而讓BB60C在任何參考電平下都能提供很好的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)。

　　Cypress FX3的USB3.0控制器保證BB60C可以連續地向電腦或者筆記本輸出80M采樣的14位ADC數據。

　　軟件

　　Signal Hound BB60C包含了基于Windows的開(kāi)源頻譜分析軟件，軟件有頻譜儀的傳統控制項，比如掃頻寬度、中心頻點(diǎn)、起始截止頻率、分辨率帶寬、視頻帶寬、參考電平、可設置的跡線(xiàn)和頻標等。利用OpenGL去平衡現代電腦的GPU加速功能從而豐富地顯示二維和三維的頻譜瀑布圖以及實(shí)時(shí)余輝模式，增加用戶(hù)體驗，讓信號識別變得更簡(jiǎn)單。

　　BB60C有免費的C/C++的API，并有詳盡的文檔描述。這為用戶(hù)編寫(xiě)自己的程序提供了工具，讓用戶(hù)可以駕馭BB60C的全部功能，可以觸發(fā)后記錄信號、實(shí)時(shí)分析和I/Q數據采集。編程者可以利用開(kāi)源軟件來(lái)定制開(kāi)發(fā)程序，也可以完全開(kāi)發(fā)自己的程序。

　　BB60C可以用來(lái)做射頻記錄儀，可以錄制和回放頻譜掃描結果，也可以用API直接做I/Q數據采集。API提供了幅頻矯正了的I/Q數據，并在采樣率和采集帶寬上可調，用以支持27MHz全帶寬的數據采集或者提供250KHz的單通道數據便于用Internet傳輸。

　　真正的實(shí)時(shí)頻譜分析

　　整個(gè)27MHz瞬時(shí)帶寬的無(wú)間隙頻譜覆蓋和實(shí)時(shí)頻譜分析是通過(guò)75%的FFT重疊實(shí)現的，這意味著(zhù)每個(gè)ADC采樣將被包含在4次FFT中。在實(shí)時(shí)模式下，只要信號的幅度足夠并落在瞬時(shí)帶寬中，任何時(shí)長(cháng)的信號都會(huì )被捕獲并顯示，但是要能顯示出最大幅度，信號必須持續足夠完成一次FFT。對于631kHz的分辨率帶寬，大約就是4us的時(shí)間，不過(guò)即使只有1us的脈沖，顯示功率也只會(huì )減小2到3dB。

　　單指令多數據流的發(fā)展使得現代的處理器，譬如Intel的酷睿i7能夠在很高速率上進(jìn)行信號處理，通?？梢猿^(guò)100 GFLOPS。BB60C很好的借用了Intel的IPP的強大能力，即使API在進(jìn)行每秒320兆個(gè)點(diǎn)的FFT運算或將數字中頻轉化成幅頻矯正的I/Q數據時(shí)，BB60C也只占用CPU很小的資源。參見(jiàn)Table1的更多指標總結。

　　獨有特色

　　BB60C通過(guò)USB供電，不需要單獨的外部供電，這給在工作臺工作的用戶(hù)提供了便利，而對外場(chǎng)來(lái)說(shuō)則必須得用這樣或類(lèi)似的供電方案。在生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)BB60C都會(huì )在環(huán)境溫箱中進(jìn)行測試，幅度隨頻率、增益和衰減的變化均會(huì )按10℃的步進(jìn)做測量并進(jìn)行矯正，存入內部Flash中。然后API應用這些數據，通過(guò)BB60C內部的溫度感應器，在實(shí)際操作中做幅度讀數補償。這將保證在全球各地BB60C全部的測量精度。BB60C標準的操作溫度是從0℃到+65℃，Option-1將提供溫度擴展型號，從-40℃到+65℃。

　　除了提供10MHz的時(shí)鐘輸入/輸出外，BB60C還提供了觸發(fā)輸入/輸出。觸發(fā)輸入模式，會(huì )在觸發(fā)信號的上升沿(或下降沿)在I/Q數據的采樣點(diǎn)上打上標記。API會(huì )矯正通過(guò)模擬和數字濾波器帶來(lái)的傳輸延時(shí)，從而保證高精度的時(shí)間信息，比如時(shí)間門(mén)的掃描或者GPS時(shí)間戳。BB60C均備有庫存，通常接到訂單后一天內可以發(fā)貨，這對一些時(shí)間要求緊迫的工作來(lái)說(shuō)是很好的一個(gè)方案，很快就能收到產(chǎn)品而不用花時(shí)間去等待生產(chǎn)制造。

　　應用

　　由于其出色的實(shí)時(shí)分析能力，BB60C非常適用于很多應用，比如下面這些重要的應用場(chǎng)合：間歇性干擾搜捕、擴頻信號分析、自動(dòng)測試測量和遠程頻譜監控等。

　　間歇性干擾的搜捕面臨著(zhù)許多的挑戰，傳統頻譜儀只能搜捕并顯示在分辨率帶寬范圍內的干擾，這使得分辨和量化干擾非常困難。但是一個(gè)實(shí)時(shí)頻譜分析儀，如BB60C，可以同時(shí)處理數以千種的分辨率帶寬，使得干擾搜索變得簡(jiǎn)單。

　　識別和分析跳頻的擴頻信號對于傳統頻譜儀來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰，因為傳統頻譜儀只能捕捉跳頻信號中的一小部分。BB60C能同時(shí)分析整個(gè)從902MHz到928MHz的ISM頻段，也能在約4ms內完成從2400MHz到2475MHz的掃描，這將大大簡(jiǎn)化跳頻信號的分析過(guò)程。

　　用API編寫(xiě)自己的程序，結合一個(gè)帶有英特爾博銳技術(shù)(Intel vPro)的迷你型電腦(NUC)如DC53427HYE (人民幣價(jià)格約3500元)，連上以太網(wǎng)(Ethernet)，就能利用BB60C進(jìn)行產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)測試或者遠程頻譜監控。英特爾博銳技術(shù)(Intel vPro)使得遠程控制PC的開(kāi)機或者關(guān)機成為現實(shí)，并且當PC或者BB60C死機時(shí)，能遠程實(shí)現系統的恢復或者從起，還能進(jìn)行遠程軟件升級。