PXIe-5668R-26.5GHz高性能宽带信号分析仪介绍 集成电路, 无线电, 分析仪, 测量, 带宽

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1. 概览
PXIe-5668R矢量信号分析仪(VSA)提供的带宽为765 MHz，具有一流的测量性能和测量速度。这款高性能微波信号分析仪可以满足各种应用的严苛需求，比如无线通信、射频集成电路(RFIC)特性化、无线电探测和定位(RADAR)测试以及频谱监测/信号情报等。
如图1所示，PXIe-5668R将高射频测量性能、高测量速度和高灵活性独一无二地集于一身。这款仪器具有的行业领先的动态范围和带宽使之成为满足研发应用中各种严格测量需求的理想选择。由于PXIe-5668R采用PXI架构，因此它又具有大批量生产测试所需的快速测量特性。最后，该矢量信号分析仪包含了LabVIEW可编程Xilinx Kintex-7 FPGA，用户可以通过添加触发或者添加信号处理程序来自定义仪器的行为。
2. RF测量性能
PXIe-5668R是一种基于快速傅里叶变换(FFT)的PXI信号分析仪，适用于高频频谱分析和矢量信号分析。低相位噪声、低本底噪声以及高二阶和高三阶截距等特性的结合使得该仪器具有出色的动态范围，可满足相邻信道泄漏比(ACLR)测量、杂散测量、谐波测量等各种测量的需求。表1展示了中心频率在1 GHz和20 GHz时的PXIe-5668R典型性能。

1 GHz	20 GHz
未使用前置放大器的本底噪声(RMS) 使用前置放大器时的本底噪声(RMS)	-155 dBM/Hz -166 dBm/Hz	-152 dBm/Hz -
三阶截距(TOI)	+24 dBm	+25 dBm
二次谐波截距(SHI)	+75 dBm	N/A
镜像抑制	-102 dBc	-83 dBc
10 kHz偏置时的相位噪声	-129 dBc/Hz	-116 dBc/Hz
瞬时带宽	320 MHz	765 MHz
动态范围 [2/3*(TOI-DANL)]	119 dB	118 dB

表1. 典型的PXIe-5668R性能


PXIe-5668R具有的2 GS/s数字化仪使其可以达到极大的瞬时带宽。如表1所示，仪器在中心频率低于3.6 GHz时的瞬时带宽为320 MHz，当中心频率介于3.6 GHz和26.5 GHz之间时，瞬时带宽高达765 MHz。
动态范围
PXIe-5668R优越的动态范围性能使它能够精确地进行互调失真(IMD)、相邻信道功率(ACP)以及误差矢量幅度(EVM)等一系列测量。在图2和图3中，仪器的动态范围图表明噪声和线性度都是混频器电平的函数。

图2. 1 GHz中心频率时PXIe-5668R的动态范围

图3. 20 GHz中心频率时的PXIe-5668R动态范围图

在图2中，我们可以发现大多数测量中混频器电平大约为36 dBm，此时仪器在1 Hz带宽下具有接近于117 dB的无杂波动态范围(SFDR)。在20 GHz下（图3），PXIe-5668R达到近似性能的最佳混频器电平是37 dBm。在这一混频器电平下，仪器在1 Hz带宽下的无杂波动态范围为115 dB。
出色的线性度和本底噪声对IMD 和 ACP的测量具有至关重要的作用。事实上，最能体现仪器执行这些测量的能力的技术参数是三阶截距(TOI) 。1 GHz中心频率及0 dB衰减下， PXIe-5668R的TOI参数值高于+23 dBm。如图4所示，在1 GHz下，仪器的标称TOI参数为+25 dBm，比该参数值高出2 dB。

图4. PXIe-5668R互调失真测量

虽然根据惯例，RF信号分析仪的TOI参数是在0 dB衰减下进行定义，但是RF信号分析仪测量出的TOI要比该规格参数要高得多。在实际使用中，用户可以通过将PXIe-5668R的内置衰减切换到75 dB来优化测量系统的线性度。
除了IMD测量外，PXIe-5668R的高动态范围也使之成为进行频谱测量的理想工具，比如ACP 和ACLR测量。图5显示了一个WCDMA信号的ACLR测量，其中最低固有ACLR接近于85 dB。

图5. PXIe-5668R在468 MHz下的WCDMA ACLR性能

除了进行UMTS ACLR测量外，PXIe-5668R还可以搭配NI无线标准软件工具包使用，以使用GSM/EDGE、UMTS/HSPA+、LTE/LTE Advanced、蓝牙以及802.11a/b/g/n/p/ac等技术测试设备。
3. 宽瞬时带宽
PXIe-5668R可以提供320 MHz和765 MHz的瞬时带宽，这取决于频率范围。PXIe-5668R只通过单次采集就能测量极大的带宽，这一特性非常适用于无线通信测试和雷达脉冲测量。使用EVM等度量指标测量带宽信号时，RF信号分析仪的瞬时带宽必须大于信号带宽。比如，对于IEEE 802.11ac等无线技术标准，测量EVM需要的瞬时带宽为160 MHz。除此之外，160 MHz 802.11ac信号的频谱掩模要求该信号频率偏离中心频率的最大范围为  240 MHz ，以实现高达480 MHz的总带宽。在765 MHz的瞬时带宽下， PXIe-5668R可以在单次采集的情况下进行160 MHz频谱掩模等测量。
包括雷达脉冲测量在内的其他应用也需要极大的瞬时带宽。对于典型的雷达脉冲，信号的频率域特性表现为主瓣和理论上无限大的副瓣的同步函数，如图6所示。

图6. 100 MHz.带宽中所包含的20 ns脉冲主瓣.

脉冲上升时间测量及其他雷达脉冲测量需要VSA捕获主瓣和多个副瓣。测量X纳秒的脉冲上升时间通常要求仪器的瞬时带宽必须是3/X。比如，要想测量低至5ns的脉冲上升时间，那么仪器的瞬时带宽就应当是3 / (5 ns) 或者600 MHz。在图7中可以观察到，由于PXIe-5668R具有高带宽，因此它可以极其精确的测量脉冲上升时间，在本例中上升时间是8 ns。

图7. 零展频模式下20ns脉冲的时域

虽然PXIe-5668R的超高带宽使之成为精确测量脉冲时间的理想工具，但是较高的瞬时带宽也使得PXIe-5668R可在展频小于仪器的瞬时带宽的情况下更快速地进行频谱测量。
4. 灵活性
PXIe-5668R射频信号分析仪的最后一个关键属性是灵活性，即用户可以重新配置该仪器。由于PXIe-5668R可使用LabVIEW FPGA进行编程，因此用户自定义的信号处理算法可以嵌入到仪器内。比如，用户可以使用LabVIEW示例代码将仪器配置成实时频谱分析仪(RTSA)。如图8所示，利用RTSA的特性，用户在时域中连续实时地分析超宽带宽的谱频。

图8. PXIe-5668R的实时谱频分析功能提供了独特的可视化工具，如持续时间显示

最后，由于该仪器采用模块化架构，仪器的下变频器和数字化仪模块支持多通道接收器配置。PXIe-5668R矢量信号分析仪可实现多模块共享本振(LO)和其他定时信号以及各射频通道之间的相位相干。多通道接收器的相位相干对于雷达测向、波束形成、多输入和多输出(MIMO)设备测试等应用非常重要。图9显示的是一个双通道射频信号分析仪的配置示例。

图9. 多个 PXIe-5668R仪器可针对多通道、相位相干射频信号采集进行配置

使用如图9所示的配置，用户就可实现多通道测量应用的通道间紧密同步。
5. 架构
PXIe-5668R使用两条不同的信号路径，可同时提供高瞬时带宽和一流的RF性能。在小于3.6 GHz的低频段路径中，仪器采用三级超外差式设计，此时前置放大器是可选的。在高于3.6 GHz的高频段路径中，仪器采用二级超外差式设计，其中使用了钇铁石榴石(YIG)调谐滤波器(YTF)作为预选器。
在PXIe-5668R的低频段(低于3.6 GHz)，产品包含的多个特性可提高测量性能。图10是一个简化的程序框图。我们可以发现，在测量低电平信号时可以使用30 dB的前置放大器来减小仪器的固有本底噪声。

图10. PXIe-5668R的简化框图

图10也显示了第一混频级之前的两个高通滤波器。这两个滤波器具有1,350或2,200 MHz的高通截止频率，可1 GHz左右处抑制常见蜂窝通信频带的基本频率。启用滤波器后，仪器可以分别在大约2 GHz或3 GHz处对低电平的二次和三次谐波进行更加精准的测量。
在高于3.6 GHz的频带上，YTF作为预选器，工作频率为3.6 GHz 到26.5 GHz——在频谱测量时默认为启动状态。对于极高带宽的矢量信号分析，可以通过禁用YTF来利用仪器本身的765 MHz完整带宽。
6. 灵活的中频结构
当数字化仪的采样率为2 GS/s时，矢量信号分析仪的下变频器具有灵活的中频结构，可进行高频频谱分析和带宽矢量信号分析。比如，某些需要高动态范围的测量——如双音互调失真(IMD)测量或者ACLR，可使用300 kHz窄带模拟滤波器来实现。在矢量信号分析过程中，可以完全禁用中频滤波功能来实现高达320 MHz或765 MHz的带宽，这取决于中心频率。
PXIe-5624R数字化仪的带宽模拟前端针对超外差式接收机架构进行了优化。它具有板载数字下变频器(DDC)，可将中频信号转换为IQ数据。因此， PXIe-5624R既可以用作为PXIe-5668R矢量信号分析仪的一部分，也可以作为独立的中频数字化仪使用。
7. 总结
PXIe-5668R是一款适用于广泛应用的高性能26.5 GHz矢量信号分析仪。它将出色的模拟性能、超高的带宽和极强的灵活性集于一身，可满足ACLR测量、雷达验证、频谱监测等各种高难度测量应用的需求。