信号完整性分析：无线信号(三)

David Ireland
设计和制造市场经理
泰克公司

Greg Edlund
全球工程解决方案部高级工程师
IBM

《信号完整性 - 工程师的同伴》一书的第10章讨论了在现代无线环境中的无线信号测量和可能有些激进的信号分析的新技术。第二部分覆盖了频率测量。

扫描频谱分析仪

传统架构的扫描式、超外差频谱分析仪在几十年前让工程师们首次能够对频域进行测量。曾经的扫描频谱分析仪(SA)采用纯粹的模拟器件打早，并迅速取得了成就。目前的新一代扫描频谱分析仪采用了高性能的数字基础架构，包括ADC，数字信号处理器(DSP)，和微控制器。然而，扫描原理的基础是相同的，而且该仪器保持了其作为基础的RF信号测量工具的地位。新一代SA的突出优点是具备优秀的动态范围，因此能捕获和探测一个宽范围的RF信号。

通过将信号需要的频点进行下变频并通过RBW滤波器在带宽范围内进行扫描，功率-频率的测量就可以实现了。RBW滤波器后面跟一个检波器用于计算通带内每个频点的幅度值，如图10-3所示。

图10-3

10-3显示了频率分辨率和时间之间平衡的测试。本地振荡器提供一个“扫描”的频率到混频器，每次扫描在混频器输出提供一个不同的频率和其对应的数值。分辨率滤波器被设定在一个用户可选的频率范围，也就是分辨率带宽(RBW)。滤波器带宽越窄，测量仪器的分辨率就越高，对仪器噪声的排除也越好。RBW滤波器的后面跟上一个检测器，来测量瞬时每个频率数值的频率功率大小。因为这种方法可以提供较高的动态范围，它的主要优点是可以计算某个时间点一个频点的幅度值。如果RBW滤波器被设计得太窄，对RF输入完成一次扫描时间会花费较长，从而输入的RF信号的一些变化就探测不出来。在一段频域或几个通带内扫描会花费相当多的时间，该测试技术的前提是假设在进行多次扫描的这段测试时间内信号不会有显著的变化，因此，一个相对稳定的、不变的输入信号是必须的。如果信号频繁的改变，也许就得不出结果。

比如说，图10-4的左面的图显示了一个RBW逻辑分析仪测试的结果，频率最开始是Fa，而在一瞬间频率变成了Fb。当扫描到达Fb时，信号已经消失且测不到了，所以RBW频谱分析仪的扫描没法在Fb时提供触发，因而没能存储一个时间段内全面的信号情况。这是一个频率分辨率和测试时间之间平衡的经典的例子，也是RBW频谱分析仪的致命弱点(Achilles' heel)。

图10-4

然而，最新的扫描频谱分析仪比以往传统的基于模拟处理的设备要快的多，图10-5显示了一款现代的优秀扫描频谱分析仪的架构。传统模拟RBW滤波器得到了数字增强，以促进快速和精确的窄带滤波。然而，ADC之前的滤波器、混频器和放大器都是进行模拟处理，特别是，需要考虑ADC中的非线性和噪声。因此模拟频谱分析仪还有一席之地，它可以避免上述问题。

图10-5

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Geoff Lawday博士是泰克公司在英国Buckinghamshire New University的教授，他在泰克实验室进行信号完整性设计和高性能总线系统的教学，并在欧洲负责泰克公司信号完整性的研讨会。

David Ireland是泰克公司在欧洲和亚洲的设计和制造市场经理，在测试测量领域有超过30年的工作经验，在领先的技术期刊上定期发表信号完整性的文章。

Greg Edlund是IBM全球工程解决方案部的高级工程师，曾参与十个高性能计算平台的开发和测试，他著有Timing Analysis and Simulation for Signal Integrity Engineers一书。