數(shù)字中頻和模擬中頻頻譜儀的指標(biāo)分析

1.采用全數(shù)字中頻技術(shù)可以測(cè)量更小的信號(hào)：通過(guò)實(shí)現(xiàn)更小帶寬的中頻濾波器，大幅度降低了顯示平均噪聲電平。DSA1030A實(shí)現(xiàn)了最小10Hz的RBW，而要實(shí)現(xiàn)這么小帶寬的模擬濾波器技術(shù)上是很困難的。當(dāng)設(shè)置更小的RBW時(shí)，頻譜儀的本底噪聲也將相應(yīng)降低(VBW都選擇10Hz，同時(shí)掃描時(shí)間都選擇自動(dòng))，降低大小可以用公式(1)說(shuō)明。如果RBW從10kHz修改成1kHz，則底噪將下降10dB。DSA1030A在內(nèi)部標(biāo)配的前置放大器打開之后，選擇10Hz的RBW，可以測(cè)量達(dá)-148dBm的信號(hào)。

其中：ΔdB—低噪的變化量，單位為dB;BW1—修改前的分辨率帶寬值，單位為Hz;BW2—修改后的分辨率帶寬值，單位為Hz。

2.采用全數(shù)字中頻技術(shù)可以分辨更近的信號(hào)：通過(guò)實(shí)現(xiàn)更小帶寬的中頻濾波器，可以分辨頻率相差只有10Hz的兩個(gè)信號(hào)。最小分辨率帶寬是用來(lái)說(shuō)明頻譜儀能分辨兩個(gè)幅度相當(dāng)而頻率相差很小信號(hào)能力的指標(biāo)。越小的分辨率帶寬就可以分辨距離越近的信號(hào)。例如輸入一個(gè)兩個(gè)頻率相差150Hz的雙音信號(hào)，使用30Hz的RBW可以輕易分辨,而3kHz的RBW則不能辦到。分辨率帶寬是指中頻濾波器下降3dB處的帶寬。

此外，數(shù)字濾波器的形狀因子可以做得更小，從而以前被掩埋在大信號(hào)裙帶下的小信號(hào)采用更好選擇性的數(shù)字濾波器之后得以凸現(xiàn)。選擇性是60dB帶寬與3dB帶寬的比值。DSA1030A的中頻濾波器選擇性為5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬濾波器的15。采用數(shù)字濾波器的DSA1030A更容易分辨兩個(gè)相距9kHz,幅度相差30dB的信號(hào)。

3.采用全數(shù)字中頻技術(shù)可以獲得更高精度的幅度指標(biāo)：幾乎消除了傳統(tǒng)模擬中頻由于中頻濾波器切換誤差，參考電平不確定度，刻度失真，幅度對(duì)數(shù)線性切換誤差等諸多因素造成的幅度誤差，從而得到更高的全幅度精度。模擬中頻頻譜儀中修改參考電平是通過(guò)調(diào)節(jié)模擬中頻放大器實(shí)現(xiàn)的，刻度保真度也受限于充當(dāng)包絡(luò)檢波的對(duì)數(shù)放大器，此外，中頻濾波器的切換是通過(guò)選擇不同模擬濾波器實(shí)現(xiàn)的。由于模擬器件受環(huán)境溫度等影響，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)環(huán)節(jié)都帶來(lái)幅度誤差。然而，數(shù)字中頻就大大減弱和消除了這些誤差影響。DSA1030A的全幅度誤差小于1dB。

4.采用全數(shù)字中頻可以獲得更寬的動(dòng)態(tài)范圍和顯示范圍：數(shù)字中頻頻譜儀將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，動(dòng)態(tài)范圍決定于數(shù)字定點(diǎn)處理過(guò)程中的字長(zhǎng)，只要充足的處理資源就可以得到很高的動(dòng)態(tài)范圍。而模擬中頻受對(duì)數(shù)放大器等器件的動(dòng)態(tài)范圍制約。因此，模擬中頻的頻譜儀通常只顯示80dB的范圍內(nèi)的信號(hào)，而數(shù)字中頻頻譜儀可以得到大的多的測(cè)量范圍和顯示范圍。DSA1030A可以設(shè)置200dB的顯示范圍，而相同設(shè)置下測(cè)量范圍達(dá)到130dB。

5.采用全數(shù)字中頻技術(shù)可以得到更穩(wěn)定的表現(xiàn)：與傳統(tǒng)模擬中頻相比，大大降低了模擬器件的使用，降低了硬件系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)也降低了由于通道老化和溫度敏感以及器件失效等造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定度。系統(tǒng)越復(fù)雜，越不穩(wěn)定。做硬件設(shè)計(jì)的都知道，越簡(jiǎn)單的單板一定越穩(wěn)定，因?yàn)?，器件減少，必然降低了出錯(cuò)的概率，系統(tǒng)穩(wěn)定性依賴于每個(gè)器件的穩(wěn)定性。而使用數(shù)字中頻，復(fù)雜的器件組合編程固化在芯片中的代碼，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試調(diào)試，程序可以按照設(shè)計(jì)的程式工作，而不用擔(dān)心其中一段代碼突然工作不正常。

6.采用全數(shù)字中頻技術(shù)可以獲得更快的測(cè)量速度：數(shù)字中頻濾波器技術(shù)的采用，大大提高了濾波器的帶寬精度和選擇性，減小了響應(yīng)時(shí)間，從而大大降低了掃描時(shí)間，提高了測(cè)量速度(見式2)。

(2)其中：Span—當(dāng)前測(cè)量設(shè)置的掃寬，單位Hz;RBW—當(dāng)前設(shè)置的分辨率帶寬，單位Hz;VBW—當(dāng)前設(shè)置的視頻帶寬，單位Hz;KRBW—當(dāng)前RBW的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的比例系數(shù);KVBW—當(dāng)前VBW的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的比例系數(shù);

RBW的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的比例系數(shù)與頻譜儀的中頻濾波器的實(shí)現(xiàn)有關(guān)，模擬中頻的頻譜儀，由于響應(yīng)遲鈍的晶體和LC型濾波器，比例系數(shù)K一般為3左右。而像DSA1030A一樣采用數(shù)字中頻方案的數(shù)字濾波器可以得到更小的比例系數(shù)K，DSA1030A的比例系數(shù)達(dá)到1，如圖9所示。例如，同樣將頻譜儀掃寬設(shè)置成10MHz，RBW設(shè)置成1kHz，VBW大于1kHz，此時(shí)DSA1030A對(duì)應(yīng)的K值為1，掃描時(shí)間為10s;而模擬中頻中K值如果為3，則需要30s。