漫談示波器的DDC（數字下變頻）技術(shù)

圖5 R&S數字示波器對調制信號處理流程

圖5顯示了R&S示波器對調制信號的處理流程，其中I/Q解調模塊如圖6所示。

對于如此高效的利用存儲空間，有些朋友很是吃驚，也不免有些難以理解?？赡軙?huì )認為，即使加入了DDC結構，也還是數字信號處理，在前端仍存在著(zhù)ADC。也就是說(shuō)示波器仍需在前端對射頻信號采樣，仍需對射頻信號滿(mǎn)足2倍的奈奎斯特定理，那么計算下來(lái)，也只能存儲16.6ms的信號，哪里來(lái)的2.5s呢。我們再仔細分析一下信號處理流程就能知曉其中的緣由。

圖7 一般認為的信號處理流程

一般認為的信號處理流程如圖7所示。對于這種結構，就如上面所理解的一樣，這種情況下即使使用了DDC，仍需先將射頻采集的信號先存儲下來(lái)，因此還是會(huì )受高采樣率的影響。對于上述例子，只能存儲16.6ms的信號。但R&S示波器真正的處理流程卻如圖8所示。

圖8 R&S示波器信號處理流程

在射頻前端，ADC一直保持最高的實(shí)時(shí)采樣率，比如10GSa/s，這樣就不會(huì )造成信號混疊。經(jīng)過(guò)采樣后的數字信號直接送至DDC進(jìn)行數字下變頻。由于R&S示波器的DDC采用硬件實(shí)現，速度快，因此能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，處理完后直接存儲下來(lái)。通過(guò)這種實(shí)時(shí)的DDC處理，便能很好的節約存儲空間，實(shí)現如上例所述的2.5s信號存儲。

對此，我們進(jìn)行以下實(shí)驗。

首先通過(guò)信號源生成載波頻率為3GHz的射頻脈沖信號，調制脈沖寬度為0.4ms，脈沖重復周期為1ms。設置如圖9所示：

圖9 載波頻率3GHz的脈沖調制射頻信號設置

對于該信號的采集和分析，如果使用傳統數字示波器，所能采集和分析的信號長(cháng)度的結果等效于如圖10所示：

圖10 傳統數字示波器采集射頻脈沖等效結果

由于射頻信號頻率為3GHz，因此采樣率至少為6GSa/s以上，我們設為10GSa/s。存儲深度依然設置為10M，可以看出，此時(shí)只能采集到1ms時(shí)間的信號，也就是說(shuō)盡能采集和分析一個(gè)脈沖信號。

如果使用帶有DDC結構的I/Q選件的R&S示波器進(jìn)行采集分析，我們可以先設置本振頻率為3GHz，將信號變?yōu)榛鶐Ш?，可以以更低的采樣率進(jìn)行采集，如設置成100MSa/s，存儲深度也設置為10M。設置情況如圖11所示：

圖11 R&S示波器I/Q選件設置

此時(shí)進(jìn)行觀(guān)察，我們可以采集和分析更長(cháng)時(shí)間的信號，即100ms的信號，也就是說(shuō)我們可以采集和分析高達100個(gè)脈沖信號！如果重采樣率設置的更低，我們能夠采集和分析的信號時(shí)間還會(huì )更長(cháng)。圖12顯示R&S示波器測試結果：

圖12 R&S示波器采集射頻脈沖結果

綜上所述，R&S示波器I/Q選件中DDC技術(shù)使得在射頻信號采集和分析中，能夠高效的利用有限的存儲空間，采集和分析最大時(shí)間長(cháng)度的信號。

3.2 頻譜分析中的DDC

示波器頻譜分析功能一般采用FFT（Fast Fourier Transformation）即快速傅里葉變換。傳統數字示波器的頻譜分析原理框圖如圖13所示。

圖13 傳統數字示波器頻譜分析框圖