漫談示波器的DDC（數(shù)字下變頻）技術(shù)

圖5 R&S數(shù)字示波器對(duì)調(diào)制信號(hào)處理流程

圖5顯示了R&S示波器對(duì)調(diào)制信號(hào)的處理流程，其中I/Q解調(diào)模塊如圖6所示。

對(duì)于如此高效的利用存儲(chǔ)空間，有些朋友很是吃驚，也不免有些難以理解?？赡軙?huì)認(rèn)為，即使加入了DDC結(jié)構(gòu)，也還是數(shù)字信號(hào)處理，在前端仍存在著ADC。也就是說(shuō)示波器仍需在前端對(duì)射頻信號(hào)采樣，仍需對(duì)射頻信號(hào)滿(mǎn)足2倍的奈奎斯特定理，那么計(jì)算下來(lái)，也只能存儲(chǔ)16.6ms的信號(hào)，哪里來(lái)的2.5s呢。我們?cè)僮屑?xì)分析一下信號(hào)處理流程就能知曉其中的緣由。

圖7 一般認(rèn)為的信號(hào)處理流程

一般認(rèn)為的信號(hào)處理流程如圖7所示。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，就如上面所理解的一樣，這種情況下即使使用了DDC，仍需先將射頻采集的信號(hào)先存儲(chǔ)下來(lái)，因此還是會(huì)受高采樣率的影響。對(duì)于上述例子，只能存儲(chǔ)16.6ms的信號(hào)。但R&S示波器真正的處理流程卻如圖8所示。

圖8 R&S示波器信號(hào)處理流程

在射頻前端，ADC一直保持最高的實(shí)時(shí)采樣率，比如10GSa/s，這樣就不會(huì)造成信號(hào)混疊。經(jīng)過(guò)采樣后的數(shù)字信號(hào)直接送至DDC進(jìn)行數(shù)字下變頻。由于R&S示波器的DDC采用硬件實(shí)現(xiàn)，速度快，因此能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，處理完后直接存儲(chǔ)下來(lái)。通過(guò)這種實(shí)時(shí)的DDC處理，便能很好的節(jié)約存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)如上例所述的2.5s信號(hào)存儲(chǔ)。

對(duì)此，我們進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

首先通過(guò)信號(hào)源生成載波頻率為3GHz的射頻脈沖信號(hào)，調(diào)制脈沖寬度為0.4ms，脈沖重復(fù)周期為1ms。設(shè)置如圖9所示：

圖9 載波頻率3GHz的脈沖調(diào)制射頻信號(hào)設(shè)置

對(duì)于該信號(hào)的采集和分析，如果使用傳統(tǒng)數(shù)字示波器，所能采集和分析的信號(hào)長(zhǎng)度的結(jié)果等效于如圖10所示：

圖10 傳統(tǒng)數(shù)字示波器采集射頻脈沖等效結(jié)果

由于射頻信號(hào)頻率為3GHz，因此采樣率至少為6GSa/s以上，我們?cè)O(shè)為10GSa/s。存儲(chǔ)深度依然設(shè)置為10M，可以看出，此時(shí)只能采集到1ms時(shí)間的信號(hào)，也就是說(shuō)盡能采集和分析一個(gè)脈沖信號(hào)。

如果使用帶有DDC結(jié)構(gòu)的I/Q選件的R&S示波器進(jìn)行采集分析，我們可以先設(shè)置本振頻率為3GHz，將信號(hào)變?yōu)榛鶐Ш?，可以以更低的采樣率進(jìn)行采集，如設(shè)置成100MSa/s，存儲(chǔ)深度也設(shè)置為10M。設(shè)置情況如圖11所示：

圖11 R&S示波器I/Q選件設(shè)置

此時(shí)進(jìn)行觀察，我們可以采集和分析更長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)，即100ms的信號(hào)，也就是說(shuō)我們可以采集和分析高達(dá)100個(gè)脈沖信號(hào)！如果重采樣率設(shè)置的更低，我們能夠采集和分析的信號(hào)時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)。圖12顯示R&S示波器測(cè)試結(jié)果：

圖12 R&S示波器采集射頻脈沖結(jié)果

綜上所述，R&S示波器I/Q選件中DDC技術(shù)使得在射頻信號(hào)采集和分析中，能夠高效的利用有限的存儲(chǔ)空間，采集和分析最大時(shí)間長(zhǎng)度的信號(hào)。

3.2 頻譜分析中的DDC

示波器頻譜分析功能一般采用FFT（Fast Fourier Transformation）即快速傅里葉變換。傳統(tǒng)數(shù)字示波器的頻譜分析原理框圖如圖13所示。

圖13 傳統(tǒng)數(shù)字示波器頻譜分析框圖