分析儀選購疑問(wèn)解答分析

目前，市場(chǎng)上有許多可供選擇的分析儀，有些具備非常特殊的專(zhuān)業(yè)用途，有些則提供了較多的通用射頻測量能力;有些被稱(chēng)為頻譜分析儀，有些則被稱(chēng)為信號分析儀。這些分析儀都是用來(lái)測量和顯示信號頻率與幅度之間的關(guān)系的。如何在眾多型號的分析儀中選擇合適的一款需要多方面的考慮，本文將為您解答在挑選市場(chǎng)上各種分析儀時(shí)所遇到的疑問(wèn)，并幫助您做出正確的選購決定。

　　性?xún)r(jià)比分析

　　分析儀的價(jià)格部分取決于它的成本。如果設計分析儀時(shí)采用低成本的組件，那么它的價(jià)格可能是比較誘人的。但是，通常情況下它的性能就會(huì )十分有限。性能取決于什么呢?混頻器、LO放大器、模/數轉換器、FPGA/ASIC和微處理器的選擇都會(huì )影響到產(chǎn)品最終的成本和性能。舉例來(lái)說(shuō)，單回路局部振蕩器的設計成本通常是比較劃算的，但是，它卻可能產(chǎn)生較大的相位噪聲失真，導致無(wú)效的測量結果。另外，如果單從成本的角度，那么，便宜的微處理器似乎非常吸引人，但是如果把分析儀中所有的DSP都換用這種微處理器來(lái)進(jìn)行解調工作，那么頻譜分析儀的運行速度將變得非常慢。金屬探測器 | 試驗機 | 校正器 | 鉆頭 | 記錄儀 | 煙氣分析儀 | 電壓計 | 剝線(xiàn)鉗 | 一氧化碳檢測器 | 電阻計 | 照度計 | 折射計

　　下面給出了一些在保持成本的前提下提高產(chǎn)品性能的新方法，通過(guò)這些方法可以很好地控制產(chǎn)品價(jià)格。

　　● 是否采用掃描方式：許多傳統的分析儀廠(chǎng)商仍然使用掃描式體系架構。盡管這種架構非常適合于微波和毫米波頻譜的分析，但是許多新型的射頻分析儀不再采用這種傳統的掃描式系統，而采用信號處理測量技術(shù)實(shí)現了類(lèi)似的(多數情況下更好的)測量功能。帶有頻譜分析功能的吉時(shí)利2810型矢量信號分析儀就是這類(lèi)新型產(chǎn)品中極好的一個(gè)例子。

　　● 測量速度：當購買(mǎi)分析儀時(shí)，您可能會(huì )問(wèn)測量數據是如何處理的，有的儀器為了快速產(chǎn)生測量結果而采用了多個(gè)處理器，有的分析儀則采用FPGA或ASIC來(lái)進(jìn)行測量，主處理器僅處理常規事務(wù)，還有一些儀器僅僅使用一個(gè)微處理器來(lái)完成所有的工作。顯而易見(jiàn)，雖然最后一種方案對廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)是最節約成本的，但是它在處理比較復雜的調制信號時(shí)速度將慢得讓人無(wú)法忍受。吉時(shí)利的2810采用了基于DSP IQ測量引擎的獨特高速架構，為業(yè)界提供了高性能的測量產(chǎn)品。

　　頻率范圍

　　沒(méi)有必要購買(mǎi)那些頻率范圍超出您所需要的分析儀。分析儀的頻率范圍是其價(jià)格的主要決定因素之一。大多數分析儀的頻率范圍在2.5GHz、6GHz、13GHz和26GHz左右。高性能的分析儀頻率通常能達到50GHz。如果只是對無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品或者工作在ISM波段的產(chǎn)品(例如802.11b/g無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備)進(jìn)行測試，那么最高頻率低于3GHz的分析儀通常是最劃算的。

　　載波(CW)測量

　　讓我們看一看圖1中一種簡(jiǎn)化的頻譜分布情況。圖中有兩個(gè)信號：一個(gè)是載波，另一個(gè)是較小的干擾信號。載波有許多特性，包括幅值、頻率、相位噪聲和寬帶噪聲。幅值是由設備在特定的頻率下發(fā)出的頻譜能量。相位噪聲(表現為信號的邊帶特性)體現的是信號的穩定或純凈程度。通常，產(chǎn)品的局部振蕩器會(huì )對信號的相位噪聲產(chǎn)生影響。例如：在圖1的左邊能觀(guān)察到一個(gè)干擾信號，即寄生信號。該信號可能是由緊鄰的大功率發(fā)射器所引起的，也可能是從系統的其他部分產(chǎn)生的，例如來(lái)源于微處理器的時(shí)鐘。

　　圖1 基本的信號特征

　　幅值測量

　　幅值測量的效果越好，結果就越可靠或可信。在選擇分析儀時(shí)，我們不要局限于測量精度低于0.6dB或者頻率低于3GHz的分析儀。

　　噪聲測量與低電平信號

　　在測量噪聲和/或低電平信號時(shí)，必須確保分析儀有前置放大器，而且還要考慮分析儀的測量架構。通常，分析低電平信號意味著(zhù)要設定一個(gè)非常窄的信號范圍。當在比較窄的范圍內對多種分析儀的速度進(jìn)行比較時(shí)，就會(huì )發(fā)現掃描式分析儀的速度是相當慢的，而采用了數字信號處理器的分析儀就不會(huì )出現這種問(wèn)題。最后，您可能想在一定的帶寬范圍內給出噪聲密度的測量結果。與其他分析儀只是將高斯成形濾波器的分辨帶寬定義在3dB不同的是，吉時(shí)利的2810能夠指定濾波器的噪聲帶寬，從而非常適合進(jìn)行這種類(lèi)型的測量。

　　交調測量

　　這種類(lèi)型的測量主要測量的是特定的信號條件下分析儀或系統所產(chǎn)生的失真。通過(guò)圖2我們可以看到儀器的激勵是兩個(gè)載波信號或雙音信號。這個(gè)雙音信號導致儀器產(chǎn)生失真，在頻域內可以清楚地看到輸入雙音信號左右兩邊的兩個(gè)失真產(chǎn)物。由于分析儀也是一個(gè)信號接收器，在其信號通路中包含有源器件，因此分析儀也可能會(huì )產(chǎn)生這種類(lèi)型的失真，從而導致測量失效。驗證信號完整性的一種簡(jiǎn)便方法是增加分析儀的衰減設置。如果在增加衰減時(shí)，信號幅值會(huì )減少，那么這個(gè)結果是由分析儀產(chǎn)生的;如果改變衰減值對信號幅值沒(méi)有影響，那么測量就是有效的。當增加衰減值的時(shí)候，本底噪聲電平也會(huì )增加同樣大小的分貝值。這就是載波幅值在不同衰減水平下保持不變的原因。然而，本底噪聲電平的增加可能意味著(zhù)噪聲信號掩蓋了交調結果。

　　圖2 雙音信號(非線(xiàn)性放大器失真)

　　為了獲得最佳的測量性能，微調衰減步長(cháng)非常重要。大幅度的衰減步長(cháng)只能夠對本底噪聲電平進(jìn)行10dBs的調整，這樣會(huì )很快掩蓋掉待測信號。

在存在大信號的情況下對小信號進(jìn)行測量是頻譜分析儀的一個(gè)重要功能——這種性能特征也稱(chēng)為分析儀的動(dòng)態(tài)量程。動(dòng)態(tài)量程通常由三部分的組合來(lái)表示，即分析儀的三階交調失真(如在前面討論過(guò)的雙音頻測量)、儀器的本底噪聲電平和相位噪聲。一般來(lái)講，對測試儀的動(dòng)態(tài)量程直接進(jìn)行比較是非常困難的，因為不同的制造商可能會(huì )分別針對儀器的本底噪聲電平性能或失真性能進(jìn)行優(yōu)化。對不同分析儀的動(dòng)態(tài)量程進(jìn)行對比的一個(gè)簡(jiǎn)單方法就是檢測分析儀的W-CDMA相鄰信道功率。這種測量方法能夠囊括上述所有的參數。

　　調制信號

　　到目前為止，我們只是討論了載波(CW)信號。在測量已經(jīng)經(jīng)過(guò)調制的信號的時(shí)候，必須確保頻譜/信號分析儀不僅能夠測量信號的頻譜，還能夠衡量信號調制的質(zhì)量。

　　圖3是頻域內一個(gè)典型的數字調制數字信號示意圖。這個(gè)信號采用了不固定功率包絡(luò )的調制方式，因此其信號幅值是隨著(zhù)時(shí)間而變化的。分析儀必須實(shí)現的一種關(guān)鍵測量功能就是要能夠給出這類(lèi)信號的平均功率值，這通常需要指定一個(gè)確定的帶寬。交調和相位噪聲失真體現在信號的邊帶上。分析儀的相鄰信道功率特征有助于量化待測設備的交調和相位噪聲性能。

　　

 

　　圖3 調制信號

　　現代分析儀有兩大關(guān)鍵功能需求：對信號進(jìn)行解調以及用某種指標(如EVM，誤差矢量幅度)來(lái)衡量信號質(zhì)量。在分析儀中實(shí)現這類(lèi)測量的關(guān)鍵性能特征包括儀器的數字化帶寬和相應的頻率與相位響應。舉例來(lái)說(shuō)，吉時(shí)利的2810能夠捕獲并且數字化處理帶寬高達35MHz的信號。對于主流的調制方式，如GSM和W-CDMA，分析儀通常內置了信號解調功能和信號質(zhì)量衡量指標。即便如此，分析儀的選擇也應考慮到適應通信技術(shù)發(fā)展的需要。圖4給出了吉時(shí)利2810用作校準式IQ采集引擎的情況。在該測量配置方案中，2810捕捉待測設備的信號，將其轉換為IQ校準數據對，并存儲在容量為50×106次采樣的內存中。同時(shí)該分析儀還提供了數據記錄的導出功能，可以將這些數據導入到其他商業(yè)分析軟件中，如Matlab。這種靈活性能夠滿(mǎn)足通信技術(shù)不斷發(fā)展的測量需求。

　　

 

　　圖4 2810用作校準式IQ采集引擎

　　分析儀的互連特性

　　大多數現代分析儀都兼容LXI-C標準。LXI(LAN eXtension for Instrumentation，儀用擴展局域網(wǎng))是在局域網(wǎng)上定義分析儀互連特性的一個(gè)標準。LXI標準有A、B、C 三個(gè)版本。C表示通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)對分析儀進(jìn)行控制，包含遠程操作的Web服務(wù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果您正在與世界上其他合作組織共享測量信息，您只需在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中輸入分析儀的IP地址，分析儀的顯示器將出現在瀏覽器中。標準B和A仍然正在完善之中，它們提供了更多的高級測量功能，功能比標準C更強大。

　　當然，現在大多數的分析儀仍然使用的是GPIB接口控制方案。在選擇分析儀時(shí)，必須確保它能與以前使用GPIB接口的測試系統進(jìn)行互連，同時(shí)還能夠兼容未來(lái)的LXI C級標準。

　　隨著(zhù)帶LAN功能的分析儀的出現，Internet的安全和保障成了關(guān)鍵問(wèn)題，特別是在大型企業(yè)系統中。舉例來(lái)說(shuō)，如果分析儀是基于Windows XP系統的，也就是說(shuō)它具有一般PC的所有特性。當通過(guò)IT部門(mén)將其連入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，分析儀將像其他PC一樣面臨病毒和被攻擊的威脅。因此，有些分析儀廠(chǎng)商轉而選擇Linux系統，但是這就影響了分析儀與基于Microsoft工具的互連性。吉時(shí)利的2810采用了Windows CE操作系統，這對于互連性和安全性是一個(gè)很好的折中。

結論

　　購買(mǎi)頻譜或信號分析儀可能是一筆很大的投資，同時(shí)在市場(chǎng)中有多種分析儀可供選擇。如果您在選購時(shí)認真考慮以下的問(wèn)題，或許可以幫助做出正確的選擇