虹科M4i系列模塊數(shù)字化儀，能夠以16 bit高分辨率采集2 GHz帶寬的RF信號。虹科數(shù)字化儀能夠使用許多RF和較低頻率微波的測試。本文重點介紹使用虹科數(shù)字化儀進(jìn)行RF測量相關(guān)內(nèi)容。
1、高數(shù)據(jù)通量測試
基于多通道PCIe的數(shù)字化儀，可以以高達(dá)12.8 GBytes/s的速度傳輸數(shù)據(jù)，從而在計算機(jī)內(nèi)輕松快速地進(jìn)行處理。數(shù)字化儀可以存儲非常龐大的信號數(shù)據(jù)，可用于采集后分析。
2、電路設(shè)備故障排查
如果您要測量、分析或處理信號數(shù)據(jù)，虹科數(shù)字化儀是最好的工具。數(shù)字化儀和計算機(jī)的緊密結(jié)合使它們成為使用商業(yè)或定制分析軟件處理大量數(shù)據(jù)的首選儀器。故障排查需要其他臺式儀器的交互式查看，虹科數(shù)字化儀可以進(jìn)行自動化信號表征。
3、多通道同步采集
虹科數(shù)字化儀每個卡有多個通道，每個系統(tǒng)有多個卡，所有這些卡都是完全同步的。M4i系列等模塊化平臺可以擴(kuò)展模擬或數(shù)字通道數(shù)量，以及模擬波形生成功能。這些特性使數(shù)字化儀成為多輸入多輸出（MIMO）研究以及多信道通信系統(tǒng)中的理想選擇。
4、低成本
虹科數(shù)字化儀具有易用性、集成速度快和測試可靠性強(qiáng)等特點，為每個采集通道提供最低成本。
RF測量數(shù)字化儀選型
射頻測量需要具有三個關(guān)鍵特性的數(shù)字化儀。第一個是帶寬。數(shù)字化儀必須支持與預(yù)期測量相匹配的頻率范圍。其次是分辨率，它決定了測量的動態(tài)范圍。最后主要考慮的是數(shù)據(jù)傳輸速度，這會影響測量數(shù)據(jù)更新率。下表總結(jié)了幾種可能用于射頻應(yīng)用的虹科數(shù)字化儀的特性。
虹科數(shù)字化儀中的每一個都使用數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)12.8 GBytes每秒的PCIe x16接口或數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)3.4 GBytes每秒的PCIe x8接口與電腦主機(jī)連接。其他型號的虹科數(shù)字化儀也可以根據(jù)項目需求提供更適中的傳輸速率。
RF動態(tài)范圍測量示例
虹科數(shù)字化儀型號選擇由應(yīng)用場景所決定。動態(tài)范圍是指信號能夠表示的最大幅度與最小幅度之間的差異。如果被測信號最高與最低振幅的比率較小，選用較低分辨率的數(shù)字化儀即可，例如表征具有低的動態(tài)范圍要求的雷達(dá)發(fā)射信號。另一方面，如果信號具有高振幅分量和低振幅分量的混合，則需要更高的分辨率。軟件定義無線電（SDR）和回波定位（如雷達(dá)）等應(yīng)用需要具有大動態(tài)范圍的數(shù)字化儀。下圖顯示了將一個簡單天線信號連接到虹科SBench6軟件顯示和處理的虹科M4i系列數(shù)字化儀輸入端所獲得的波形。顯示了波形的時域和頻域視圖。這是高動態(tài)范圍RF信號的一個例子。
RF測試分析
數(shù)字化儀獲取數(shù)據(jù)并將其用于測量和分析。在這些例子中，虹科SBench6用于分析測試數(shù)據(jù)。當(dāng)然也可以使用第三方軟件，如Mathworks MATLAB或LABVIEW，或者為特定的測量和分析操作編寫自定義軟件。在所有情況下，都可以使用驅(qū)動程序軟件將數(shù)字化儀與特定的應(yīng)用程序相匹配。
一些基本的射頻測量如上圖所示。左上角網(wǎng)格中顯示的采集波形是雷達(dá)應(yīng)用中常見的脈沖調(diào)制1 GHz正弦波。該信號被直接輸入到數(shù)字化儀中，但是如果其頻率高于數(shù)字化儀的帶寬，則也可以從下變頻器輸入。左下網(wǎng)格中的FFT顯示了所獲取波形的頻譜。虹科SBench6包括大量內(nèi)置的測量參數(shù)。圖片左側(cè)欄中的信息窗格列出了采集波形的峰間振幅和頻率測量值。
對脈沖定時的分析需要進(jìn)一步處理以提取信號包絡(luò)。這分兩步完成。首先，使用基本模擬計算對波形進(jìn)行平方，以獲得所獲取波形的乘積，方形波形顯示在右上角的網(wǎng)格中。然后，用截止頻率為10 MHz的數(shù)字低通濾波器對平方信號進(jìn)行濾波。這去除了產(chǎn)生期望脈沖包絡(luò)的剩余1 GHz載波。脈沖頻率、周期、寬度和占空比的測量值顯示在與脈沖包絡(luò)相關(guān)的信息窗格中。
虹科SBench6提供了對調(diào)幅波形進(jìn)行平方檢測的工具，從而允許直接測量脈沖波形參數(shù)。與數(shù)字化儀結(jié)合使用的MATLAB或LABVIEW提供了更復(fù)雜的解調(diào)過程。這意味著可以對雷達(dá)“啁啾”和巴克編碼信號進(jìn)行頻率和相位解調(diào)。
接下來，讓我們來看看一些基本的功率測量。用獲取的信號的平方來計算波形的瞬時功率。平方后的電壓將被縮放，再將其除以50歐姆阻抗，從而產(chǎn)生以W為單位校準(zhǔn)的結(jié)果圖。這種操作常常應(yīng)用于波形參數(shù)計算信號的平均功率。該過程如上圖結(jié)果所示。
獲取的正弦波顯示在左側(cè)的網(wǎng)格中。左側(cè)信息窗格中顯示的參數(shù)讀取正弦信號的峰間和有效（RMS）振幅。通過再次應(yīng)用乘法計算函數(shù)對輸入信號進(jìn)行平方。然后使用信號設(shè)置控制對所得波形的幅度進(jìn)行縮放。這允許以用戶定義的單位重新縮放顯示。通過將平方波形的垂直讀數(shù)除以50歐姆的阻抗來縮放數(shù)據(jù)。
結(jié)果顯示在右側(cè)網(wǎng)格中。垂直單位為毫瓦（mW）。此顯示為電源的瞬時功率。再次參考左側(cè)欄信息窗格，有兩個參數(shù)應(yīng)用于測量該波形。第一個是最大值。這記錄了觀測到的峰值功率。第二個是功率波形的平均值，這是平均功率或平均功率。
這些測量的準(zhǔn)確性取決于幾個因素。最重要的是數(shù)字化儀的頻率響應(yīng)的平坦度。大多數(shù)寬帶數(shù)字化儀試圖將頻率響應(yīng)平坦度保持在0.5 dB以內(nèi)。結(jié)果表明，最大電壓不確定性約為5%。如果需要更高的精度，可以進(jìn)行校正。
多通道采集分析正交調(diào)制信號
多通道分析在RF射頻領(lǐng)域應(yīng)用很多。最常見的是對正交調(diào)制信號的分析?；鶐啵↖）分量和正交（Q）分量被組合以調(diào)制RF載波。調(diào)制可以是簡單的相位調(diào)制或相位和幅度調(diào)制的組合。上圖顯示了16態(tài)正交幅度調(diào)制（16 QAM）信號的I和Q分量的采集。在該調(diào)制方案中，兩個串行數(shù)據(jù)流被組合以傳輸四個數(shù)據(jù)狀態(tài)，其中十六個傳輸?shù)姆枲顟B(tài)中的每一個符號狀態(tài)。
右側(cè)的兩個網(wǎng)格顯示了獲取的I和Q分量。如果這些分量在X-Y圖中交叉繪制，我們可以辨別出作為該信號編碼的補(bǔ)碼的十六個幅度/相位狀態(tài)。有十二種不同的相位狀態(tài)和四種額外的狀態(tài)，它們在45、135、225和315度使用相同的相位，但幅度減小。
RF頻率響應(yīng)測量
使用兩個數(shù)字化儀采集通道和一個寬帶信號源可以很容易地估算電路或設(shè)備的頻率響應(yīng)。有三種類型的信號在一個頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出均勻的振幅。掃頻正弦、脈沖和白噪聲各自具有在一定頻率范圍內(nèi)均勻的頻譜響應(yīng)。掃頻正弦提供最大的動態(tài)范圍。脈沖函數(shù)通常是最容易設(shè)置和使用的。白噪聲由于其峰值與有效振幅之比高，具有最低的動態(tài)范圍。下圖是36 MHz低通濾波器的頻率響應(yīng)測量示例。所使用的信號源是來自具有125 MHz帶寬的任意波形發(fā)生器（AWG）的脈沖函數(shù)。
脈沖函數(shù)顯示在左上角網(wǎng)格中，正下方是該輸入信號的FFT。頻譜整形是由于AWG的輸出響應(yīng)以及脈沖函數(shù)的有限過渡時間。注意，頻譜相對平坦到50 MHz，這對于該示例來說是足夠的。右上角網(wǎng)格中的波形是濾波器的輸出。其FFT位于右下角網(wǎng)格中。在這里我們可以看到濾波器響應(yīng)的形狀。界面光標(biāo)可用于估計-3 dB點和測量帶寬。
以上是基于多通道數(shù)字化儀的RF測量的兩個簡單示例。所有測試都是基于完全同步的多個通道上的數(shù)據(jù)采集。多通道采集擴(kuò)展同樣可以通過虹科星形集線器（Star-hub) 連接8塊數(shù)字化儀在一起。例如，將8個M4i系列數(shù)字化儀與Star-Hub連接在一起，可以創(chuàng)建一個最多有32個完全同步通道的系統(tǒng)。Star Hub在所有板之間分配觸發(fā)和時鐘信息。因此，所有連接的板都使用相同的時鐘和相同的觸發(fā)器運(yùn)行，任何通道之間都沒有相位延遲。所有觸發(fā)源可以通過邏輯或組合，允許所有卡的所有通道同時成為觸發(fā)源。
這種多通道的能力允許數(shù)字化儀同時應(yīng)用于多個通信通道，或創(chuàng)建用于天線和傳播研究的測量通道陣列。虹科數(shù)字化儀在帶寬高達(dá)1.5 GHz的射頻應(yīng)用中提供了顯著的測量能力。它們的多功能性、緊湊的尺寸和多通道功能可以組合成強(qiáng)大的測試系統(tǒng)，用于您的射頻應(yīng)用。
