淺析PXI總線(xiàn)的射頻儀器的特點(diǎn)與應用范圍

　　對于射頻測試儀器來(lái)說(shuō)，人們可能首先會(huì )想起那些各式各樣、大小不等的射頻模塊，還有那些繞來(lái)繞去的剛性電纜，甚至還有難裝難卸的波導元件。而虛擬儀器，其特點(diǎn)是利用主控和總線(xiàn)設計并與PC融合而成的測試儀器，具有活生生的數字特征，似乎與上述的射頻特征不太搭界。那么，在PXI總線(xiàn)架構上的虛擬儀器是怎么實(shí)現射頻功能的呢？

　　PXI虛擬儀器的設計思想

　　NI公司的PXI虛擬儀器在射頻領(lǐng)域的成功突破受益于多種新技術(shù)，主要包括SDR，高速背板總線(xiàn)，DDS，精密補償技術(shù)等。

　　射頻信號發(fā)生器是射頻測試系統的源端設備。根據圖1的方框圖，不難發(fā)現，該系列的信號發(fā)生器可以選用內部或外部時(shí)鐘。當采用內部基準時(shí)，利用了DDS技術(shù)，可直接產(chǎn)生高達50MHz的射頻信號。對于高于50MHz的信號，采用系統中的頻綜模塊，頻綜的相位跟蹤DDS輸出，可以實(shí)現高達6GHz的射頻輸出，且頻率步進(jìn)可以達到1Hz甚至更低。

　　另外，根據分析，系統中采用了精密的溫度控制和補償(未經(jīng)證實(shí))措施。通過(guò)監控溫度，并根據變化利用預先存放在存儲表中的修正量對輸出進(jìn)行補償，從而實(shí)現極高的精度。

　　另外，NI公司也定義了自己的SDR架構。該公司的分析儀或接收機系列，即NI-PXI-566x系列，所定義的的頻率范圍為9KHz～2.7GHz，實(shí)時(shí)帶寬為20MHz，內存為32～6?MB。而信號源或發(fā)射機系列的定義為：250KHz～2.7GHz，實(shí)時(shí)帶寬為22MHz，內存為32～256MB。通過(guò)SDR技術(shù)，使得儀器變得更加靈活。

　　高速背板技術(shù)無(wú)疑是PXI虛擬儀器的核心技術(shù)，也是PXI射頻儀器的主要瓶頸之一。這種背板與傳統的PC背板有很大區別，因為它處理的是包括頻率極高的混合信號。系統中含有高達10GHz的模擬信號，包括速度極高的ADC和DAC，這些都給背板的電磁兼容設計以及電源和參考面的設計帶來(lái)很大困難，另外還有小型化的要求。目前背板上的觸發(fā)總線(xiàn)已經(jīng)多達近10條，并且為了保證可靠性并減小延遲，系統采用星形觸發(fā)方式。即由星形觸發(fā)控制產(chǎn)生多個(gè)觸發(fā)信號并送到所有的插槽，這樣可以保證各插槽在同一時(shí)間接收到觸發(fā)信號，將觸發(fā)時(shí)間誤差降到了1ns以下。

　　基于PXI的虛擬射頻儀器的特點(diǎn)

　　對于傳統的箱式儀器所覆蓋的X波段以上的頻段來(lái)說(shuō)，也許并非PXI虛擬儀器的強項，但經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現這類(lèi)儀器有其自己的獨特特點(diǎn)，可以作為傳統的箱式射頻測試儀器的較好補充。PXI虛擬射頻儀器的主要特點(diǎn)包括：

　　1. 具有靈活的同步和觸發(fā)功能

　　2. 高速寬帶總線(xiàn)功能

　　3. 集成度較高的綜合測試功能

　　4. 具有靈活的用戶(hù)開(kāi)發(fā)空間

　　圖1：NI公司PXI-565x系列射頻信號發(fā)生器原理方框圖。

　　細細分析起來(lái)，上述主要特點(diǎn)實(shí)際上就是由PXI總線(xiàn)和模塊化的本質(zhì)所決定的?；谶@些特點(diǎn)，NI基于PXI的射頻測試儀器比較適用于以下應用場(chǎng)合：

　　* 比較復雜或前沿的應用開(kāi)發(fā)

　　在這種應用中，由于處于比較前沿的預研階段，或者說(shuō)是開(kāi)發(fā)階段，具有許多自定義的協(xié)議，對這類(lèi)協(xié)議的測試和分析，需要很多靈活的同步模式和觸發(fā)模式，這些往往在傳統儀器里沒(méi)有充分的提供。于是，用戶(hù)可以根據需要，靈活地構建自己的測試驗證系統。這類(lèi)的應用實(shí)例非常多，包括TD-SCDMA系統開(kāi)發(fā)測試。

　　* 用戶(hù)具有獨特的需求

　　在這種場(chǎng)合中，用戶(hù)常常具有許多特定的用途。例如，需要提取射頻的原始數據，包括幅度信息和相位信息，乃至比特內的調制信息等。這些信息可以被用來(lái)對系統進(jìn)行調試，分析或流盤(pán)，當然也有某些信息可以用作校正的環(huán)路控制。另外，在多系統的復雜系統中，常常需要靈活的觸發(fā)和同步，這也可以發(fā)揮這類(lèi)儀器的特點(diǎn)。

　　* 要求有技術(shù)融合的應用

　　由于可以提供靈活的多種編程接口(包括Matlab，NET，VB，VC，DLL，EXE，ActiveX等)，并提供開(kāi)放式的軟硬件二次開(kāi)發(fā)界面，使得這種儀器比較適用于需要各種技術(shù)融合的應用。

　　* 作為動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域的一部分

　　在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域，測試儀器不再是僅僅作為測試和檢定目的，而是將測試出來(lái)的結果直接或間接作為控制變量，來(lái)修正或校正系統中的受控參量。在這種應用中，加上PC的強大功能，使得這類(lèi)測試儀器能夠發(fā)揮其體積小并且靈活的功能。

　　PXI射頻測試儀器實(shí)例

　　那么，究竟實(shí)現了什么樣的射頻功能，或者說(shuō)NI以及其PXI聯(lián)盟成員都推出了什么樣的射頻測試儀器呢？NI推出的射頻測試儀器大致上可以概括為以下三類(lèi)：

　?。保?PXI RF信號產(chǎn)生和分析

　　在測試系統中，信號產(chǎn)生是分析的源，占據著(zhù)重要的作用。利用上述的設計思想，NI實(shí)現了系列的RF和MW信號產(chǎn)生器，包括頻率分別達到1.3GHz、3.3GHz和6.6GHz的PXI 5650、PXI 5651和PXI 5652，具有RF領(lǐng)域常用的各種模擬調制和數字調制，并實(shí)現了高相位噪聲和很低的信號抖動(dòng)。該系列的信號產(chǎn)生器在1GHz處，偏移量為10kHz時(shí)的相位噪聲達到了-110dBc/Hz。儀器采用一塊3U的單槽結構，比較靈巧。

　?。玻?通用無(wú)線(xiàn)通信終端測試系統

　　隨著(zhù)終端功能的不斷增加和協(xié)議的復雜化導致測試成本不斷攀升，其中包括時(shí)間成本，從而為測試帶來(lái)巨大挑戰。圍繞這些挑戰，NI研發(fā)出了靈活的終端測試系統。該系統由PXI-5660再加上Labview組成。測試領(lǐng)域覆蓋了目前所有的體制，包括中國自己的TD-SCDMA。該系統的特點(diǎn)在于能夠靈活地擴展測試系統的并行通道數量，從而降低測試的成本。

　?。常?無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )分析測試系統

　　這類(lèi)儀器的典型代表是PXI-5661。除了能夠完成常規的無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的測試分析，另外還提供需多矢量分析，例如3D光譜分析，I/Q正交調制分析等。該系統由高精度的數字化儀和高性能的變頻器組成，其頻率目前達到了2.7GHz，借助于精密衰減器，輸入動(dòng)態(tài)范圍可以達到160dB，其噪聲密度達到了-140 dBm/Hz。另外，該系統的一個(gè)重要的特點(diǎn)是靈活度，比如可以加入一個(gè)前置放大器模塊PXI-5690，就可以實(shí)現高達-165 dBm/Hz的噪聲密度指標。

　　除上述幾大類(lèi)之外，基于PXI的RF儀器還繼續向更廣的一些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)軍。PXI聯(lián)盟成員之一的聚星儀器公司近期成功開(kāi)發(fā)出了RFID射頻參數測試系統。據了解，該系統是業(yè)界第一套RFID專(zhuān)業(yè)測試系統。該系統具有完備的RFID協(xié)議支持能力，支持RFID標準中的各種調制方式和編碼方式，還可以擴展支持廠(chǎng)家自己的指令集，從而可以覆蓋到從物理層到協(xié)議層的所有測試。