應(yīng)對現(xiàn)代RF測試挑戰(zhàn)，開創(chuàng)信號發(fā)生新時代

現(xiàn)代RF系統(tǒng)，如超導(dǎo)量子比特控制器、相陣?yán)走_(dá)、MIMO收發(fā)機(jī)、智能天線發(fā)射機(jī)和捷變超寬帶擴(kuò)頻通信，都基于寬帶、相干、多通道結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)方式采用矢量信號發(fā)生器及IQ 調(diào)制器和模擬合成器生成RF信號，由于校準(zhǔn)復(fù)雜及大規(guī)模實(shí)現(xiàn)此類系統(tǒng)的成本而存在著許多重大局限。為解決這種問題，市場上出現(xiàn)了一種高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括信號處理、調(diào)制和生成功能。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠在微波頻率上直接合成復(fù)雜信號，另外能夠更簡便地實(shí)現(xiàn)多通道同步和校準(zhǔn)，通道密度高的系統(tǒng)的成本也明顯下降，因?yàn)樗恍枰獜?fù)雜的模擬前端。泰克最新推出的AWG5200 系列任意波形發(fā)生器就采用這種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，為每臺儀器提供了最多8 條同步通道，并可以通過同步更多的儀器來擴(kuò)展通道數(shù)量。作為任意波形發(fā)生器(AWG)的領(lǐng)導(dǎo)制造商，新系列提供了簡便靈活的信號發(fā)生方式，滿足了通用微波和RF設(shè)計、雷達(dá)和電子戰(zhàn)爭應(yīng)用以及高速串行、光通信和高級科研等應(yīng)用的需求。

AWG5200系列儀器的核心是新型高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) ，其在一個全面集成的產(chǎn)品套件中同時實(shí)現(xiàn)了杰出的速度和分辨率。基于強(qiáng)大的DAC內(nèi)核，AWG5200可以直接生成復(fù)雜調(diào)制的RF/EW信號，支持高達(dá)4 GHz的載波，而不需外部RF轉(zhuǎn)換。16位垂直分辨率最適合全面集成的AWG，而其他系統(tǒng)只提供了14位分辨率。

電信系統(tǒng)和軍用系統(tǒng)則需要更低的成本、更小的器件，在這種需求的驅(qū)動下，最新DAC(如AWG5200中使用的DAC)在信號發(fā)生功能基礎(chǔ)上，增加了信號處理和調(diào)制功能。過去，會由獨(dú)立的系統(tǒng)負(fù)責(zé)信號處理及波形創(chuàng)建，數(shù)字信息被輸送到DAC中?，F(xiàn)在，更加先進(jìn)的高速DAC本身就內(nèi)置了信號處理模塊。這些數(shù)字信號處理模塊有許多用途，如復(fù)雜(或I-Q)調(diào)制、數(shù)控振蕩器(NCO)和調(diào)節(jié)功能，如FIR濾波器和數(shù)字插補(bǔ)。這可以高效、緊湊、經(jīng)濟(jì)地直接生成復(fù)雜的RF信號。圖1顯示了AWG5200中使用的高速16位DAC簡化的方框圖。

圖1. 泰克AWG5200中使用的DAC簡化的方框圖。

如圖2所示，AWG5200系列提供了多種DAC模式，用戶可以在DAC帶寬最干凈的部分和頻率滾降位置輸出信號。選項包括NRZ、DDR、RZ和混合模式。

圖2. 多種DAC模式允許AWG5200用戶在DAC帶寬最干凈的部分及頻率滾降位置輸出信號。

復(fù)雜真實(shí)環(huán)境信號為你而生

高保真度、緊密同步的多通道信號生成功能為設(shè)計、調(diào)試和運(yùn)行測試生成接收機(jī)信號，這正成為RF和雷達(dá)設(shè)計日益重要的要求。這特別適合占用頻譜測量，在這種測量中，設(shè)計人員需要仿真充滿RF/微波信號的環(huán)境，包括軍用和商用雷達(dá)信號及無數(shù)消費(fèi)設(shè)備發(fā)出的信號。對這種應(yīng)用來說，測試源越多越好。而另一方面與VSG不同，AWG生成的信號沒有出現(xiàn)I-Q失衡或載波(NCO) 泄漏，因?yàn)檎{(diào)制信號和載波信號是在數(shù)字域中創(chuàng)建的。這簡化了測量校準(zhǔn)，可以簡便地校正因DAC和合成頻響及輸出模擬通道導(dǎo)致的相位失真。通過對基帶信號應(yīng)用數(shù)字預(yù)補(bǔ)償濾波器，可以完成這種校正。當(dāng)要求頻率超出AWG范圍，或者如果要求更高的動態(tài)范圍，那么可以采用外部混頻器和固定頻率LO實(shí)現(xiàn)超外差上變頻，這為同步多通道應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)的解決方案。

泰克公司最新推出的AWG5200系列(圖3) 在一臺儀器中提供了市場上以前沒有提供的一整套功能，包括5 GS/s的標(biāo)配采樣率(采用插補(bǔ)技術(shù)時高達(dá)10 GS/s)、16位垂直分辨率、每條通道2 GS波形內(nèi)存、每臺儀器最多擁有8條獨(dú)立通道，提供了10 ps通道間時延。每條AWG5200通道都有獨(dú)立的路徑輸出、單獨(dú)的放大、單獨(dú)的排序、上變頻、專用內(nèi)存，其可以獨(dú)立控制，而沒有串?dāng)_，也不會給任何通道性能帶來限制。唯一常見的因素是，所有通道共享共用時鐘，用戶可以選擇輸入一個外部基準(zhǔn)時鐘。

圖3. 最新AWG5200信號發(fā)生器把高保真度、高采樣率與每通道低成本融合在一起。

這種獨(dú)立性和靈活性及16位分辨率、2 µs時延和-70 dBc無雜散動態(tài)范圍，使得AWG5200成為完美的信號源，可以生成復(fù)雜的真實(shí)環(huán)境信號，用來測試相陣，仿真測試對象，或用新的COTS(市面上的商用)解決方案代替老式設(shè)備。對相陣天線系統(tǒng)或多輸入多輸出(MIMO) 天線陣列等應(yīng)用，可以同步最多四臺AWG5200s，提供最多32個測試信號。

從實(shí)用角度看，AWG5200的一個主要優(yōu)勢是，它大大提高了信號生成的可管理性，因?yàn)樗恍枰淮蠖褜Ｓ玫摹⒊杀靖甙旱男盘柊l(fā)生設(shè)備。泰克不斷擴(kuò)大RF測試使用的波形創(chuàng)建插件庫，因此可以快速簡明地創(chuàng)建一致性測試或裕量測試使用的信號。具體插件包括通用預(yù)補(bǔ)償插件、多音調(diào)和線性調(diào)頻插件、OFDM插件、雷達(dá)插件和RF通用插件。如圖4所示，后者以數(shù)字方式合成被調(diào)制的基帶信號、IF信號和RF信號，支持各種調(diào)制方式。當(dāng)然，用戶可以使用各種工具和技術(shù)設(shè)計自己的波形，使用MATLAB腳本自動執(zhí)行測試。AWG5200的代碼還兼容上一代泰克AWG，因此也可以使用現(xiàn)有的波形和腳本。

圖4. RF通用波形創(chuàng)建插件是一種軟件包，以數(shù)字方式合成被調(diào)制的基帶IF和RF/微波信號。

AWG5200配備6.5英寸觸摸屏顯示器，提供了直觀的菜單操作以及用戶熟悉的前面板控件和小鍵盤。它還可以使用以太網(wǎng)或直接USB連接，通過運(yùn)行SourceXpress軟件的外部PC進(jìn)行控制。它包括一塊可拆卸硬盤，可以迅速改變測試設(shè)置，或滿足安全要求。