MDO4000混合域示波器結(jié)構(gòu)解密（上）

通過使用MDO4000混合域示波器前面板上的Wave Inspector旋鈕，可以考察整個(gè)時(shí)間內(nèi)捕獲的事件。圖6是MDO4000捕獲的相同信號(hào)，但現(xiàn)在，頻譜畫面視圖表示的是頻率隨時(shí)間變化的不同時(shí)點(diǎn)?，F(xiàn)在，頻譜時(shí)間移動(dòng)到這個(gè)RF信號(hào)三個(gè)跳頻順序中較高的頻率，已經(jīng)重新計(jì)算FFT，以顯示與這個(gè)新時(shí)點(diǎn)相關(guān)的頻譜狀況。

在圖7中，頻譜時(shí)間被移動(dòng)到階躍順序中最高頻率與最低頻率之間的跳變。使用寬帶頻譜分析儀可以清楚地看到這么寬的頻譜，而使用傳統(tǒng)頻譜分析儀很難分辨這一頻譜，后者在掃描關(guān)心的頻段時(shí)采用了窄帶檢測(cè)器，因此無法捕獲這樣的寬帶頻譜。

圖7. 在跳頻期間，MDO4000可以顯示信號(hào)的寬頻譜能量。

對(duì)圖4中傳統(tǒng)掃頻分析儀上顯示的信號(hào)，寬頻譜在掃頻分析時(shí)會(huì)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)性的假信號(hào)，因?yàn)樗徛龗呙杩焖僖苿?dòng)的信號(hào)。我們?cè)谇懊娲_定，在傳統(tǒng)頻譜分析儀的掃描時(shí)間(146 ms)期間，發(fā)生了100多個(gè)跳頻集合。在持續(xù)時(shí)間大約1.4 ms的跳頻集合期間，由于三次頻率跳變，共有三個(gè)寬帶頻譜事件。傳統(tǒng)頻譜分析儀的窄帶檢測(cè)器只把事件表示為檢測(cè)器頻率上掃描期間接收的能量，因此除300個(gè)穩(wěn)定的頻率事件之外，還發(fā)生了多達(dá)300個(gè)噪聲事件。從圖4中的曲線可以看出，不可能了解這個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)。傳統(tǒng)分析儀頻譜視圖顯示的噪聲尖峰不代表實(shí)際寬帶噪聲，而只是使用了錯(cuò)誤的工具（即傳統(tǒng)的掃頻頻譜分析儀）考察寬頻譜事件時(shí)所產(chǎn)生的假信號(hào)而已。

因此工程師需要更好的頻譜分析工具。尤其現(xiàn)代通信正在采用帶寬越來越寬的調(diào)制方案，分組通信的速度正變得越來越快。看一下表1，其中顯示了部分常見的通信標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的信道帶寬和工作帶寬。注意在較新的調(diào)制方案中，信道帶寬會(huì)大幅度提高：

表1. 常見的通信標(biāo)準(zhǔn)- 傳統(tǒng)廣播通信(黃色)和現(xiàn)代嵌入式無線技術(shù)(綠色)。

為高效測(cè)量這些現(xiàn)代嵌入式無線技術(shù)，通常必需在一個(gè)時(shí)點(diǎn)捕獲整個(gè)信道的帶寬。

雖然傳統(tǒng)掃頻分析儀可以測(cè)量連續(xù)廣播信號(hào)，但它不是為在這些帶寬中測(cè)量隨時(shí)間變化的信號(hào)而設(shè)計(jì)的。掃頻分析儀的有效頻譜捕獲帶寬低于分辨率帶寬(RBW) 。由于它采取掃頻方式，因此它“看不到”當(dāng)前掃描頻率外面（帶外）的信號(hào)。掃頻分析儀也不能以時(shí)間一致的方式，捕獲整個(gè)頻譜。

而且，這些現(xiàn)代信號(hào)隨時(shí)間變化的特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)掃頻分析儀來說是太“快”了。在超出RBW分辨率帶寬的極限時(shí)，掃頻分析儀在以最快速度掃描關(guān)心的工作頻段時(shí)，只能捕獲幾十到幾百毫秒的時(shí)間，但往往發(fā)送的信號(hào)發(fā)生的時(shí)間通常只有幾十微秒或以下。

矢量信號(hào)分析儀

更加現(xiàn)代的頻譜分析儀(矢量信號(hào)分析儀VSA)一般擁有10 MHz的頻譜捕獲帶寬，可以用于比較老或比較簡(jiǎn)單的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。某些頻譜分析儀提供了高達(dá)110 MHz的帶寬（例如泰克實(shí)時(shí)頻譜分析儀RSA6100A系列配套選項(xiàng)110），更加適合現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，但獲得這種性能的同時(shí)，其價(jià)格也會(huì)大幅度提高。

圖8是傳統(tǒng)矢量信號(hào)分析儀（VSA）簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)方框圖：

圖8是矢量信號(hào)分析儀(VSA)結(jié)構(gòu)，它代表著更加現(xiàn)代的頻譜分析儀，本振是階躍的，而不是掃描的。輸入的寬帶信號(hào)被衰減后濾波，下變頻成窄帶的模擬IQ信號(hào)，中頻濾波，然后才被數(shù)字化。這會(huì)產(chǎn)生頻段受限的時(shí)域信號(hào)，通過使用DFT (離散傅立葉變換有DSP運(yùn)算)，可以把信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域。在這些變換中，最著名的變換是FFT (快速傅立葉變換)。然后把所得到的頻域信息顯示在畫面上，在本振頻率周圍畫出頻譜的一小部分。然后本振階躍到下一個(gè)更高的頻率，重復(fù)上述過程，直到畫出整個(gè)頻譜。階躍分析儀在處理隨時(shí)間變化的RF射頻時(shí)至少要優(yōu)于掃頻分析儀，但因其范圍有限，關(guān)心的跨度位于通常很窄的階躍內(nèi)，而且觸發(fā)功能一般局限于IF 電平觸發(fā)器和外部觸發(fā)器有限的頻率范圍內(nèi)。

矢量信號(hào)分析儀對(duì)所輸入的寬帶信號(hào)進(jìn)行下變頻到窄帶的信號(hào)，主要是因?yàn)椴捎昧吮忍匚粩?shù)高，但采樣率相對(duì)較低的A/D轉(zhuǎn)換器。舉例：泰克的RSA6000系列所采用的A/D轉(zhuǎn)換器是14位比特的，采樣率是300MS/s，從理論上，奈奎斯特頻率（最高輸入頻率不導(dǎo)致采樣時(shí)出現(xiàn)混疊現(xiàn)象）大概是不150MHz (非正弦波的信號(hào)，奈奎斯特頻率要更低)。因此，RSA在采樣前必須要將寬帶的信號(hào)下變頻到窄帶的IF中頻，以IF中頻為中心頻率來進(jìn)行采樣（頻率范圍為IF中頻頻率的+/- ½跨度）。這樣處理的目的，首要是減少頻譜分析儀的DANL（顯示的平均噪聲電平）與增加SFDR無雜散動(dòng)態(tài)范圍等。

頻譜分析儀其中一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)是DANL（顯示的平均噪聲電平）。顧名思義，它是儀器內(nèi)在噪聲大少的指標(biāo)。矢量信號(hào)分析儀（VSA）與RSA實(shí)時(shí)頻譜分析儀等均采用A/D轉(zhuǎn)換器與FFT變換為基礎(chǔ)的頻譜分析方法，因此從理論上而言，其FFT的噪底應(yīng)該是：

FFT噪底= - [ A/D轉(zhuǎn)換器的SNR（信噪比）+ FFT處理增益]（公式1；見圖10）

而理想中無失真的A/D轉(zhuǎn)換器的SNR是：

最大的SNR（信噪比）= 1.76 + 6.02n (n = A/D轉(zhuǎn)換器的比特位數(shù))（公程式2）