信號完整性分析：無(wú)線(xiàn)信號(三)掃描頻譜分析儀

《信號完整性 - 工程師的同伴》一書(shū)的第10章討論了在現代無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)信號測量和可能有些激進(jìn)的信號分析的新技術(shù)。第二部分覆蓋了頻率測量。

掃描頻譜分析儀

傳統架構的掃描式、超外差頻譜分析儀在幾十年前讓工程師們首次能夠對頻域進(jìn)行測量。曾經(jīng)的掃描頻譜分析儀(SA)采用純粹的模擬器件打早，并迅速取得了成就。目前的新一代掃描頻譜分析儀采用了高性能的數字基礎架構，包括ADC，數字信號處理器(DSP)，和微控制器。然而，掃描原理的基礎是相同的，而且該儀器保持了其作為基礎的RF信號測量工具的地位。新一代SA的突出優(yōu)點(diǎn)是具備優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)范圍，因此能捕獲和探測一個(gè)寬范圍的RF信號。

通過(guò)將信號需要的頻點(diǎn)進(jìn)行下變頻并通過(guò)RBW濾波器在帶寬范圍內進(jìn)行掃描，功率-頻率的測量就可以實(shí)現了。RBW濾波器后面跟一個(gè)檢波器用于計算通帶內每個(gè)頻點(diǎn)的幅度值，如圖10-3所示。

圖10-3

圖10-3顯示了頻率分辨率和時(shí)間之間平衡的測試。本地振蕩器提供一個(gè)“掃描”的頻率到混頻器，每次掃描在混頻器輸出提供一個(gè)不同的頻率和其對應的數值。分辨率濾波器被設定在一個(gè)用戶(hù)可選的頻率范圍，也就是分辨率帶寬(RBW)。濾波器帶寬越窄，測量?jì)x器的分辨率就越高，對儀器噪聲的排除也越好。RBW濾波器的后面跟上一個(gè)檢測器，來(lái)測量瞬時(shí)每個(gè)頻率數值的頻率功率大小。因為這種方法可以提供較高的動(dòng)態(tài)范圍，它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以計算某個(gè)時(shí)間點(diǎn)一個(gè)頻點(diǎn)的幅度值。如果RBW濾波器被設計得太窄，對RF輸入完成一次掃描時(shí)間會(huì )花費較長(cháng)，從而輸入的RF信號的一些變化就探測不出來(lái)。在一段頻域或幾個(gè)通帶內掃描會(huì )花費相當多的時(shí)間，該測試技術(shù)的前提是假設在進(jìn)行多次掃描的這段測試時(shí)間內信號不會(huì )有顯著(zhù)的變化，因此，一個(gè)相對穩定的、不變的輸入信號是必須的。如果信號頻繁的改變，也許就得不出結果。

比如說(shuō)，圖10-4的左面的圖顯示了一個(gè)RBW邏輯分析儀測試的結果，頻率最開(kāi)始是Fa，而在一瞬間頻率變成了Fb。當掃描到達Fb時(shí)，信號已經(jīng)消失且測不到了，所以RBW頻譜分析儀的掃描沒(méi)法在Fb時(shí)提供觸發(fā)，因而沒(méi)能存儲一個(gè)時(shí)間段內全面的信號情況。這是一個(gè)頻率分辨率和測試時(shí)間之間平衡的經(jīng)典的例子，也是RBW頻譜分析儀的致命弱點(diǎn)(Achilles' heel)。

圖10-4

然而，最新的掃描頻譜分析儀比以往傳統的基于模擬處理的設備要快的多，圖10-5顯示了一款現代的優(yōu)秀掃描頻譜分析儀的架構。傳統模擬RBW濾波器得到了數字增強，以促進(jìn)快速和精確的窄帶濾波。然而，ADC之前的濾波器、混頻器和放大器都是進(jìn)行模擬處理，特別是，需要考慮ADC中的非線(xiàn)性和噪聲。因此模擬頻譜分析儀還有一席之地，它可以避免上述問(wèn)題。

圖10-5

Geoff Lawday博士是泰克公司在英國B(niǎo)uckinghamshire New University的教授，他在泰克實(shí)驗室進(jìn)行信號完整性設計和高性能總線(xiàn)系統的教學(xué)，并在歐洲負責泰克公司信號完整性的研討會(huì )。

David Ireland是泰克公司在歐洲和亞洲的設計和制造市場(chǎng)經(jīng)理，在測試測量領(lǐng)域有超過(guò)30年的工作經(jīng)驗，在領(lǐng)先的技術(shù)期刊上定期發(fā)表信號完整性的文章。

Greg Edlund是IBM全球工程解決方案部的高級工程師，曾參與十個(gè)高性能計算平臺的開(kāi)發(fā)和測試，他著(zhù)有Timing Analysis and Simulation for Signal Integrity Engineers一書(shū)。