數(shù)字中頻和模擬中頻頻譜儀的比較

　　隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高性能微處理器和可編程器件等器件和技術(shù)近年來(lái)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，頻譜儀也從模擬中頻時(shí)代進(jìn)入全數(shù)字中頻時(shí)代。全數(shù)字中頻技術(shù)的采用使頻譜儀的多項(xiàng)指標(biāo)得到顯著提升。北京普源精電(RIGOL)最新推出的DSA1030A頻譜分析儀采用的就是全數(shù)字中頻技術(shù)，成為為數(shù)不多的掌握該技術(shù)的頻譜儀供應(yīng)商之一。

　　原理及設(shè)計(jì)對(duì)比

　　為了便于說(shuō)明數(shù)字中頻和模擬中頻對(duì)于頻譜儀的影響，我們先簡(jiǎn)單分析一下這兩種類型頻譜儀實(shí)現(xiàn)的原理。圖1就是典型的模擬中頻頻譜儀的原理框圖。射頻信號(hào)進(jìn)入頻譜儀后首先經(jīng)過(guò)衰減器，將信號(hào)幅度調(diào)節(jié)到混頻器最佳工作范圍內(nèi)，然后通過(guò)頻譜儀內(nèi)部的變頻器將射頻信號(hào)變到相對(duì)較低的中頻，中頻濾波實(shí)現(xiàn)不同帶寬的選擇后，包絡(luò)檢波后得到視頻信號(hào)，最終顯示在屏幕中。由圖1可見(jiàn)，幾乎所有部件都是模擬器件，因此模擬中頻實(shí)現(xiàn)的頻譜儀一般都比較笨重。

　　而數(shù)字中頻頻譜儀的設(shè)計(jì)核心是全數(shù)字式的中頻轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理鏈，通過(guò)全數(shù)字中頻技術(shù)，分析儀不再依賴于響應(yīng)遲鈍的晶體和LC型濾波器。射頻前端的處理與模擬中頻頻譜儀的射頻部分處理無(wú)明顯變化，重點(diǎn)在變頻器完成頻譜從高到低的搬移后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字的變換，使用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、中頻濾波器、包絡(luò)檢波器、視頻濾波器以及幅度定標(biāo)等模塊，最終完成輸入信號(hào)譜的計(jì)算和顯示。與模擬中頻頻譜儀比，數(shù)字中頻頻譜儀在數(shù)字域上實(shí)現(xiàn)放大、濾波、檢波等一系列中頻處理，并最終送給LCD顯示。數(shù)字檢波器，數(shù)字濾波器的采用極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、一致性、測(cè)量速度，同時(shí)進(jìn)一步縮小了頻譜儀的體積。

　　數(shù)字中頻頻譜儀與模擬中頻頻譜儀比較，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)數(shù)字中頻的研究也有很多技術(shù)上的難點(diǎn)需要突破，具體說(shuō)來(lái)包括數(shù)字中頻系統(tǒng)布局，數(shù)字濾波器、數(shù)字檢波器的設(shè)計(jì)，以及掃描時(shí)間的研究。數(shù)字中頻技術(shù)是頻譜分析儀的關(guān)鍵技術(shù)之一。負(fù)責(zé)對(duì)A/D采樣得到的中頻信號(hào)解析出來(lái)，最終以譜線形式提供給用戶，包括A/D采樣，數(shù)字下變頻，中頻濾波器，包絡(luò)檢波器，視頻濾波器，以及幅度定標(biāo)等模塊。如何合理的布局，組織數(shù)據(jù)流鏈路，以及資源優(yōu)化都是數(shù)字中頻技術(shù)研究課題之一。

　　數(shù)字中頻實(shí)現(xiàn)中重要的一個(gè)模塊是數(shù)字中頻濾波器的實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)字中頻濾波器可以得到高穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，同時(shí)可以得到更小的RBW切換誤差，以及濾波器穩(wěn)定時(shí)間。該模塊包括CIC濾波器，及FIR濾波器，如何得到設(shè)計(jì)要求的3dB RBW帶寬，以及<5:1的60dB/3dB形狀因子，綜合考慮動(dòng)態(tài)范圍要求的旁瓣抑制，以及符合掃描時(shí)間要求的響應(yīng)時(shí)間都是研究的重點(diǎn)。