一款高性價(jià)比的實(shí)時(shí)頻譜分析

　　Signal Hound最近的革新產(chǎn)品BB60C，是基于備受市場好評(píng)的BB60A基礎(chǔ)上的優(yōu)化版。Signal Hound BB60C相對(duì)于BB60A在SFDR的典型值上提高20dB，通過減少頻段過渡將噪底平滑度提高了8dB以上，將工作溫度擴(kuò)展至-40°C到+65°C，并且擴(kuò)展了I/Q采集帶寬，使其從250KHz到27MHz可選。

　　硬件

　　Signal Hound BB60C是一個(gè)二次變頻的超外差接收機(jī)，使用了兩個(gè)獨(dú)立的中頻(IF)。每個(gè)中頻都在射頻區(qū)域設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的分立式元件陷波器，從而進(jìn)行很好的中頻抑制以消除雜散。每個(gè)射頻頻段同樣也設(shè)計(jì)了分立元件的濾波器，這些濾波器是設(shè)計(jì)在PCB多層板的中間，專門設(shè)計(jì)以抑制鏡像頻率成分和本震泄漏(見圖1)。

　　對(duì)于濾波器不能濾除的二階互調(diào)產(chǎn)物，在預(yù)放和混頻級(jí)都利用推挽放大器，有效地消除了偶數(shù)階的互調(diào)，從而減小二階互調(diào)造成的雜散。20MHz以下的信號(hào)將不會(huì)進(jìn)行混頻而直接到AD轉(zhuǎn)換，從而避免因混頻產(chǎn)生的互調(diào)。

　　BB60C的前端衰減器和預(yù)放用以進(jìn)行增益控制，從而讓BB60C在任何參考電平下都能提供很好的無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)。

　　Cypress FX3的USB3.0控制器保證BB60C可以連續(xù)地向電腦或者筆記本輸出80M采樣的14位ADC數(shù)據(jù)。

　　軟件

　　Signal Hound BB60C包含了基于Windows的開源頻譜分析軟件，軟件有頻譜儀的傳統(tǒng)控制項(xiàng)，比如掃頻寬度、中心頻點(diǎn)、起始截止頻率、分辨率帶寬、視頻帶寬、參考電平、可設(shè)置的跡線和頻標(biāo)等。利用OpenGL去平衡現(xiàn)代電腦的GPU加速功能從而豐富地顯示二維和三維的頻譜瀑布圖以及實(shí)時(shí)余輝模式，增加用戶體驗(yàn)，讓信號(hào)識(shí)別變得更簡單。

　　BB60C有免費(fèi)的C/C++的API，并有詳盡的文檔描述。這為用戶編寫自己的程序提供了工具，讓用戶可以駕馭BB60C的全部功能，可以觸發(fā)后記錄信號(hào)、實(shí)時(shí)分析和I/Q數(shù)據(jù)采集。編程者可以利用開源軟件來定制開發(fā)程序，也可以完全開發(fā)自己的程序。

　　BB60C可以用來做射頻記錄儀，可以錄制和回放頻譜掃描結(jié)果，也可以用API直接做I/Q數(shù)據(jù)采集。API提供了幅頻矯正了的I/Q數(shù)據(jù)，并在采樣率和采集帶寬上可調(diào)，用以支持27MHz全帶寬的數(shù)據(jù)采集或者提供250KHz的單通道數(shù)據(jù)便于用Internet傳輸。

　　真正的實(shí)時(shí)頻譜分析

　　整個(gè)27MHz瞬時(shí)帶寬的無間隙頻譜覆蓋和實(shí)時(shí)頻譜分析是通過75%的FFT重疊實(shí)現(xiàn)的，這意味著每個(gè)ADC采樣將被包含在4次FFT中。在實(shí)時(shí)模式下，只要信號(hào)的幅度足夠并落在瞬時(shí)帶寬中，任何時(shí)長的信號(hào)都會(huì)被捕獲并顯示，但是要能顯示出最大幅度，信號(hào)必須持續(xù)足夠完成一次FFT。對(duì)于631kHz的分辨率帶寬，大約就是4us的時(shí)間，不過即使只有1us的脈沖，顯示功率也只會(huì)減小2到3dB。

　　單指令多數(shù)據(jù)流的發(fā)展使得現(xiàn)代的處理器，譬如Intel的酷睿i7能夠在很高速率上進(jìn)行信號(hào)處理，通?？梢猿^100 GFLOPS。BB60C很好的借用了Intel的IPP的強(qiáng)大能力，即使API在進(jìn)行每秒320兆個(gè)點(diǎn)的FFT運(yùn)算或?qū)?shù)字中頻轉(zhuǎn)化成幅頻矯正的I/Q數(shù)據(jù)時(shí)，BB60C也只占用CPU很小的資源。參見Table1的更多指標(biāo)總結(jié)。

　　獨(dú)有特色

　　BB60C通過USB供電，不需要單獨(dú)的外部供電，這給在工作臺(tái)工作的用戶提供了便利，而對(duì)外場來說則必須得用這樣或類似的供電方案。在生產(chǎn)過程中，每個(gè)BB60C都會(huì)在環(huán)境溫箱中進(jìn)行測試，幅度隨頻率、增益和衰減的變化均會(huì)按10℃的步進(jìn)做測量并進(jìn)行矯正，存入內(nèi)部Flash中。然后API應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，通過BB60C內(nèi)部的溫度感應(yīng)器，在實(shí)際操作中做幅度讀數(shù)補(bǔ)償。這將保證在全球各地BB60C全部的測量精度。BB60C標(biāo)準(zhǔn)的操作溫度是從0℃到+65℃，Option-1將提供溫度擴(kuò)展型號(hào)，從-40℃到+65℃。

　　除了提供10MHz的時(shí)鐘輸入/輸出外，BB60C還提供了觸發(fā)輸入/輸出。觸發(fā)輸入模式，會(huì)在觸發(fā)信號(hào)的上升沿(或下降沿)在I/Q數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)上打上標(biāo)記。API會(huì)矯正通過模擬和數(shù)字濾波器帶來的傳輸延時(shí)，從而保證高精度的時(shí)間信息，比如時(shí)間門的掃描或者GPS時(shí)間戳。BB60C均備有庫存，通常接到訂單后一天內(nèi)可以發(fā)貨，這對(duì)一些時(shí)間要求緊迫的工作來說是很好的一個(gè)方案，很快就能收到產(chǎn)品而不用花時(shí)間去等待生產(chǎn)制造。

　　應(yīng)用

　　由于其出色的實(shí)時(shí)分析能力，BB60C非常適用于很多應(yīng)用，比如下面這些重要的應(yīng)用場合：間歇性干擾搜捕、擴(kuò)頻信號(hào)分析、自動(dòng)測試測量和遠(yuǎn)程頻譜監(jiān)控等。

　　間歇性干擾的搜捕面臨著許多的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)頻譜儀只能搜捕并顯示在分辨率帶寬范圍內(nèi)的干擾，這使得分辨和量化干擾非常困難。但是一個(gè)實(shí)時(shí)頻譜分析儀，如BB60C，可以同時(shí)處理數(shù)以千種的分辨率帶寬，使得干擾搜索變得簡單。

　　識(shí)別和分析跳頻的擴(kuò)頻信號(hào)對(duì)于傳統(tǒng)頻譜儀來說也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)頻譜儀只能捕捉跳頻信號(hào)中的一小部分。BB60C能同時(shí)分析整個(gè)從902MHz到928MHz的ISM頻段，也能在約4ms內(nèi)完成從2400MHz到2475MHz的掃描，這將大大簡化跳頻信號(hào)的分析過程。

　　用API編寫自己的程序，結(jié)合一個(gè)帶有英特爾博銳技術(shù)(Intel vPro)的迷你型電腦(NUC)如DC53427HYE (人民幣價(jià)格約3500元)，連上以太網(wǎng)(Ethernet)，就能利用BB60C進(jìn)行產(chǎn)線自動(dòng)測試或者遠(yuǎn)程頻譜監(jiān)控。英特爾博銳技術(shù)(Intel vPro)使得遠(yuǎn)程控制PC的開機(jī)或者關(guān)機(jī)成為現(xiàn)實(shí)，并且當(dāng)PC或者BB60C死機(jī)時(shí)，能遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恢復(fù)或者從起，還能進(jìn)行遠(yuǎn)程軟件升級(jí)。