NI 5665 与传统仪器对比演示-设置与细节 信号发生器, 滤波器, WCDMA, 仪器

Bazinga

概览
本文讨论了巅峰对决：NI 5665 与传统台式仪器对比 这一视频中所演示的设置细节。在此演示中，比较了NI PXIe-5665与Agilent PXA的测试性能与速度。视频并不是关于两个仪器的技术指标对比，而是现场测试的对比。
硬件设置
在LTE和WCDMA测试中，使用了NI PXIe-5673矢量信号发生器。滤波器仅用于WCDMA信号，以尽量减少本底噪声。在线性度测试中，使用了两个CW信号源生成的单频信号，并通过一个小型合并器电路进行合并。所有的信号将通过分路器分别传给NI PXIe-5665 VSA 和Agilent PXA。

图 1. 硬件设置和连接

此项设置确保传输至NI PXIe-5665 和 Agilent PXA的信号是相同的。
注意：经过分路器后，信号会略有损失。
所使用的仪器
NI PXIe-5665 14 GHz高性能矢量信号分析仪
NI PXI-2596 26.5 GHz 4x1双RF多路复用器
NI PXIe-5673 6.6 GHz矢量信号发生器
NI PXIe-1075 18槽3U PXI Express机箱，安装PXIe-8133嵌入式控制器
小型合并器电路
小型分路器电路
Agilent N9030A PXA信号分析仪（N9030A-513，N9030A-B40，N9030A-MPB，N9030A-P03）
SMA至SMA线缆（3套）
WCDMA SAW 滤波器（标称频率248.6 MHz）
相位矩阵快速同步模块/NI PXIe-5652信号发生器 (2套)


图2.硬件设置，仪器及其连接方式展示
仪器控制与数据传输
NI PXIe-5665放置于安装有PXIe-8133控制器的PXIe-1075机箱内，使用PXI Express技术从仪器向上位机PC传输数据。Agilent PXA通过LXI总线（以太网）进行控制。PXA通过LXI总线传输数据所需时间为900 μs；而基于PCI Express总线技术的NI PXIe-565只需1 μs。如图3所示，PXI Express的带宽为1 GB/s，而延迟则少于1 μs。


图3. 各种仪器控制总线的带宽与延迟对比图
软件设置
主要使用的编程语言为 NI LabVIEW。控制PXIe-5665所使用的工具包和驱动程序如下：
NI LTE 测量套件
NI WCDMA/HSPA+测量套件
NI-RFSA驱动
NI LabVIEW 调制解调工具包
在Agilent PXA中载入了如下软件：
LTE测量应用程序
WCDMA测量应用程序
相位噪声测量应用程序
通过LabVIEW 和仪器控制驱动程序，基于SCPI指令对PXA进行控制。
LTE 协议标准细节: 所生成的LTE 标准信号是一个UPLINK信号，其中心频率为1 GHz，带宽为5 MHz，强度为-10 dBm。
NI PXIe-5665和Agilent PXA都会生成5个平均值。
WCDMA 协议标准细节:所使用的滤波器为SAW 滤波器，标准频率为248.6 MHz，带宽为 6 MHz。WCDMA 是一个DPCCH UPLINK信号，其中心频率为248.6 MHz。
测试结果
WCDMA ACPR测试
注意：我们并不是要对分析仪的最佳ACPR性能进行测试，而只是测量在现有设置基础上的最佳结果。使用SAW滤波器是为了让上 下相邻频道的测量结果更佳。
在WCDMA ACLR测试中，Agilent PXA和NI PXIe-5665读取相邻频道中约-81 dBc的信号。对于两种设备均按如下方式设置：
噪声校正（Agilent PXA的 IBW模式）
30kHz RBW
0 dB衰减
10个平均值
重要提示：所计算的时间为采集时间+测量时间+GPIB/LAN总线的传输时间
使用Agilent PXA时，被传回至主机的只有ACPR 读取信息，而并不是完整的轨迹。
在一个典型的测试现场中，测试工程师需要将读数传回至主机，并进行“通过/失败”类的测试，因此需要将此时间考虑在内。而且，对于视频中的所有演示试验，都进行了10次的平均运算。测试工程师通常是需要进行一些平均运算，使得测量结果更精确。
Agilent PXA的其它选项
PXA还有一个可选的模式，即无噪声校正的快速ACPR选项。使用快速ACPR选项，会损失一些动态范围。NI PXIe-5665则无此限制，所有的测量均通过噪声校正，并对速度进行优化。


图4.此图展示了PXA 的快速模式。若在设置中使用SAW滤波，则可实现的最佳ACPR值大约为-75 dBc。
图5.使用IBW 模式和噪声校正时，你可以在上通道实现-82 dBc，这一数值与使用NI PXIe-5665达到的数值接近。


图6.正如视频中所示，NI 5665可以在开启平均和噪声校正的情况下实现-81 dBc的测量，同时其速度也要比Agilent PXA快14-15倍。


TOI测试

在此测试中，我们将生成中心频率相差1MHz的两个单频信号。如果两个信号源之间没有足够的间隔，信号源所产生的互调失真会掩盖被测接收机的失真。 每个信号源输出口的AtlanTec（ACC - 20010系列）隔离器、Mini -Circuits<ZFSC-2-10G+( 10 GHz) 和 ZFSC-2-11-s (1GHZ)>功率分配器被用于信号结合，确保信号源失真低于被测失真的接收器水平。上下TOI都会被计算在内（只有上部TOI在视频中显示）。计算的上下TOI的方法如下。
IP3 Lower = P1 + (P2- IMD lower)/2
IP3 Upper = P2 + (P1 - IMD Upper)/2
以下设置对于两个仪器都适用。
0 dB衰减
01 kHz RBW
无平均值


图7. NI PXIe-5665和Agilent PXA的三阶信号成分。NI PXIe-5665的三阶信号成分的绝对强度接近-95 dBm。


如果使用更多的衰减，那么你可以获得更多的TOI测量结果。
列表模式测试
在列表模式测试中，生成了一个1GHz的信号，并使用Agilent PXA和NI PXIe-5665进行读取。随机选择2、 5、10 或14 GHz的谐波，因为两个仪器的测试结果以3.6GHz频点为界都会发生变化，而我们希望能正确地测量跳跃到更高次的谐波所需的时间。虽然这并不是一个标准的测试，但是它最好地展示了两个仪器在列表模式测试中的灵活性。
注意：对两个仪器均使用列表模式。
总时间由列表模式中的扫描时间+每个频率跳跃峰值搜索时间+数据返回至两台仪器的主机所需时间组成。


图8.在NI PXIe-5665和Agilent PXA上使用列表模式。相比大多数列表模式测试，NI 5665 要快1.5-2倍。


图9. 远程使用Agilent PXA列表模式，在上述条件下需要700ms的时间。
注意：Agilent PXA针对某些谐波上进行了优化。NI 5665 则是在所有的列表模式测试中速度快1.7-2倍。
EVM测量
在EVM测试中，使用NI PXIe-5673矢量信号发生器生成一个LTE信号。两个仪器均使用如下设置：
RBW = 30 kHz
10 dB 衰减
10 次平均
关闭自动峰值检测


图 10. 使用Agilent PXA 和 NI PXIe-5665进行LTE EVM 测试。
使用可编程的FPGA进行在线处理


图 11. 将信号处理移至FPGA上进行可以节省时间。
NI FlexRIO非常灵活，可以作为一个协处理器。在这一演示的设置中，所有来自PXIe-5665的数据都是在FPGA上进行处理；而在之前的演示设置中，数据是在嵌入式处理器中进行处理。这一特性的应用非常广泛，例如硬件处理的算法、协议实现以及实时激励-响应等应用。
测试时间比较（包含设置时间）
前面所有的测试演示都只针对单次测量的时间。而在本项测试中，除了测量时间以外，还将考虑设置时间。这在包含多种测试标准的自动化测试（例如功率放大器测试）之中很有必要。


图 12. 若考虑设置时间，NI 5665的速度要快20倍。
总结
对于一个典型的测试设置来说，相对于使用Agilent PXA，NI PXIe-5665能够提供相同或者更好的性能，而且在大多数测试中要快14-15倍。同时，NI PXIe-5665的成本要比传统台式仪器小得多。在下表中，对NI 5665以及相对应的Agilent PXA价格进行了比较。


在自动化测试系统中，PXI机箱和MXI控制器的花费通常被系统中的所有仪器均摊。例如，如果一个测试系统中包含两个NI PXIe-5665矢量信号分析仪，并插在一个PXIe机箱中，则机箱和控制器的费用只会发生一次，因此总的投入要少于2 x $58,597。然而，如果一个测试系统中包含两套PXA，则投入为2 x $87,745。
注意：对于自动化测试应用来说，Agilent PXA和NI PXIe-5665在PC和所选编程语言（如LabVIEW、CVI、Visual Studio等）方面的投入是相同的，因此也没有将其纳入到比较当中。