一體化的信號源分析儀

引言

無線傳輸?shù)氖瞻l(fā)模塊的性能主要取決于所用本振的相位噪聲，因此模塊特性的準確測量，特別是相位噪聲的測量，是進行有效通信和廣播的基本保證。在常用的相位測量應用中，一臺頻譜分析儀通常可以滿足測試要求。但是，如果需要更大的動態(tài)范圍、更高的測量精度以及更多的靈活性時，基于鎖相環(huán)(PLL)的測量法更適合相位噪聲的測量。信號源分析儀FSUP在一臺儀表上集合了這兩種功能：一臺50GHz的高性能頻譜分析儀FSU，同時具備基于鎖相環(huán)測量法的相位噪聲測量功能。

基于鎖相環(huán)法測量相位噪聲

通常，基于鎖相環(huán)法測量相位噪聲非常復雜，而測量的校準工作更為麻煩。FSUP為客戶大大地簡化了整個測量步驟，使得相位噪聲的測量只需一個按鍵。此外，用戶可以選擇外部或內(nèi)部參考源，也可以選擇任一種參考源和比較器。然而，更多的應用是利用內(nèi)部比較器和內(nèi)部參考源進行測量， FSUP將這樣的測量方式設置為默認方式，當然用戶也可通過簡易的菜單選擇其它測量方式。

圖1  利用鑒相器法測量相位噪聲－信號頻率、電平以及殘余噪聲的同時顯示

儀器中的預測量功能會測量振蕩器的所有重要參數(shù)，比如功率和調(diào)諧斜率等。然后FSUP將自動選擇理想的測量參數(shù)。根據(jù)輸入頻率的不同，儀器利用內(nèi)部的頻率倍頻器使內(nèi)部參考源工作在一個理想的范圍內(nèi)。同時，用戶也可以改變預置的參數(shù)。頻率偏移范圍以及其它一些測量設置參數(shù)，像帶寬、濾波器類型、平均次數(shù)等同樣容易設置。菜單的設置跟應用固件FS-k40相類似，從而使得操作非常簡單。

當開始測量相位噪聲時，屏幕上會顯示“Locked”或者“Unlocked”表明鎖相環(huán)是否鎖定，如果已經(jīng)鎖定則測量可以開始。環(huán)路帶寬可以根據(jù)需要而改變，同時在測量過程中鑒相器的電壓輸出會在屏幕上顯示。用戶可以選擇以下其一功能：顯示所有的雜散分量(像由AC頻率干擾或鑒相頻率引起的雜散)或者是消除所有的或特定指明的干擾分量。同時，F(xiàn)SUP也可以顯示完整的參數(shù)(像殘余調(diào)頻/調(diào)相或者是RMS抖動等)。計算范圍包括整個測試范圍內(nèi)，而綜合限制可以由用戶來設置。 

為了保證能準確測量振蕩器的相位噪聲，內(nèi)部參考源的相位噪聲相對于被測件來說必須要小到可以忽略的程度。FSUP內(nèi)部參考源提供極好的相位噪聲特性以滿足測試需求。輸出頻率為640MHz，偏離載波10kHz時相位噪聲為-136dBc/Hz，偏離載波10MHz時為-165dBc/Hz。

圖2：內(nèi)部源相對于不同輸入頻率的相位噪聲

利用互相關技術降低相位噪聲

安裝FSUP－B60選件后，信號源分析儀就配備了兩路平衡接收通道。這種對稱結構可以對兩路通道進行互相關運算，通過這樣的運算可以消除兩路參考源的非相關固有噪聲。混合的分量可以通過平均來消除，最終剩下的只有被測件的固有噪聲，這使靈敏度不再局限于內(nèi)部參考源的固有相位噪聲。測量的改善程度主要決定于平均的次數(shù)，而最大可以改善達20dB。

圖3 互相關技術提高相位測量的靈敏度的原理

頂級的頻譜分析儀功能

信號源分析儀FSUP整合了一臺50GHz高性能頻譜分析儀。用戶可利用頻譜儀直接測量相位噪聲，這種測試方法的靈敏度決定于頻譜邊帶的功率譜密度。缺點是顯而易見的：需要更長測量時間、靈敏度較低、測量動態(tài)范圍較??；在頻譜儀模式下無法應用互相關技術，也不能區(qū)分幅度噪聲和相位噪聲，雜散的計算或消除也更為復雜。然而，其優(yōu)點也很明顯，可以獲得很大的測量頻率偏移。因此，頻譜分析儀在測量相位噪聲中是一個必不可少的儀器。當測量諧波或干擾信號時，該儀器提供超越頻譜儀基本功能的能力，如測量雜散信號。它可在各段的掃描范圍內(nèi)設置不同的測量參數(shù)，自動搜索干擾和雜散信號，可計算高達100000的雜散測量點數(shù)，測量結果以一個列表的形式顯示。

圖4 對帶有輸出帶濾波器的振蕩器的測量說明通過互相關技術對靈敏度的改善

在信號源特性測量中鄰信道功率同樣是一重要指標。FSUP具有快速測量鄰信道功率的功能。用戶可以直接從預設置中選擇測量參數(shù)，也可以獨立設置信道帶寬和信道間距。FSUP的標準配置中同樣提供了很大的動態(tài)范圍。該儀器像FM/PM/AM解調(diào)器一樣可以測量振蕩器信號的時間特性，具有對瞬態(tài)特性進行寬帶分析和對高頻切換引起的影響進行測試的功能。

振蕩器的完整特性測量

為了記錄振蕩器的各種特性，同時利用鎖相環(huán)測試方法測量相位噪聲，用戶必須準確設置壓控振蕩器的工作電壓和調(diào)諧電壓。為了滿足這樣的需要， FSUP提供了兩組獨立的低噪聲直流電輸出端口。工作電壓和調(diào)諧電壓可以通過簡易的菜單進行設置。為了滿足特殊的應用， FSUP同時提供負電壓的輸出。為了測量壓控振蕩器的特性，需要進行以下這些典型測量：在固定的工作電壓下，改變調(diào)諧電壓(調(diào)諧特性)，或者在固定調(diào)諧電壓，而改變工作電壓(直流特性)，也可以在工作電壓和調(diào)諧電壓同時改變下測量。另外，這些參數(shù)的測量不僅可以在基波下測量，同時可以在諧波下測量。對于這些測量，用戶可以通過設定不同的測量點數(shù)來達到測量所需的分辨率。

結語

FSUP結合了相噪測試儀，瞬態(tài)測試儀和頻譜分析儀的功能，是一臺適合在研發(fā)和生產(chǎn)應用的理想儀器。這臺儀表可以使用戶減少在信號源分析儀的投入，而測試更加簡易、功能更多。所有的功能可以通過LAN或GPIB總線作遠程控制，因此該儀表能夠很容易集成到生產(chǎn)線上。