Spectrum高速數(shù)字化儀：從雷達(dá)脈沖測試到信號分析的廣泛應(yīng)用！

Spectrum高速數(shù)字化儀TS-M5i.33xx-x16系列具有七種型號，支持10 GS/s的最大采樣率，可提供超過4.7 GHz的帶寬和12位的分辨率，能廣泛適用于各類射頻和高速數(shù)字應(yīng)用。技術(shù)工程師帶您了解TS-M5i.33xx-x16系列高速數(shù)字化儀從從雷達(dá)脈沖測試到信號分析的廣泛應(yīng)用！

高速數(shù)字化儀TS-M5i.33xx-x16系列

應(yīng)用1. 測量雷達(dá)脈沖

TS-M5i.33xx-x16系列的其中一種射頻應(yīng)用是雷達(dá)分析。圖1顯示了采集1 GHz相位調(diào)制雷達(dá)脈沖的示例。

圖1：1 GHz相位調(diào)制雷達(dá)脈沖（左上）與解調(diào)相位信息（左下）；脈沖的頻譜（右上）和頻譜的水平擴(kuò)展視圖（右下）

雷達(dá)脈沖以Spectrum SBench 6測量軟件上的最大采樣率每秒10 GS/s進(jìn)行采集。其中，相位調(diào)制是一種雙相巴克碼，旨在提高雷達(dá)的距離分辨率。它們是一系列不同長度的 +1 和 -1 數(shù)字的序列。采集的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/matlab/" target="_blank">MATLAB進(jìn)行相位解調(diào)，并將解調(diào)后的信號導(dǎo)入回SBench6。

Spectrum提供的軟件開發(fā)工具包 （SDK）包括允許LabView和MATLAB等常用的第三方分析軟件控制Spectrum數(shù)字化儀并與之通信的驅(qū)動(dòng)程序。Spectrum數(shù)字化儀還可以通過PCI Express x16接口以高達(dá)12.8 GB/s 的速度將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C系統(tǒng)，或直接傳輸?shù)紺UDA GPU進(jìn)行自定義處理。這些接口提供了進(jìn)一步高級分析的能力。

采集信號的快速傅立葉變換（FFT）顯示了信號的頻譜。它在1 GHz的載波頻率處有一個(gè)峰值。載波頻率處的FFT水平縮放擴(kuò)展顯示了相位調(diào)制導(dǎo)致的頻譜展寬。

在這個(gè)應(yīng)用中，長達(dá)8 GS的記錄長度對于研究在10 GS/s最大采樣率下，長達(dá)800 ms的跟蹤歷史也非常有用。測量脈沖的持續(xù)時(shí)間為20 us，在10 kHz脈沖重復(fù)頻率下，每次記錄可獲得約8000個(gè)這樣的脈沖。

應(yīng)用2.分析正交調(diào)制通信信號

通信測量是Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。大多數(shù)通信系統(tǒng)使用各種正交調(diào)制方案來有效地對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。圖2顯示了對8PSK調(diào)制1 GHz載波的分析。

圖 2：1 GHz 載波正交調(diào)制 8PSK 信號的時(shí)域和頻譜分析。左上角的軌跡是獲取的8PSK信號。右側(cè)的軌跡是該軌跡的水平縮放。左下方的軌跡顯示了信號的頻譜。右側(cè)的軌跡是信號頻譜的擴(kuò)展視圖。

在Spectrum SBench 6軟件界面的左上方，顯示了采集到的20 us 8PSK信號的片段。軌跡的下方是信號的頻譜，頻譜顯示了1 GHz載波頻率的峰值及其調(diào)制包絡(luò)。可以看到載波的三次諧波在 3 GHz 處，與載波峰值相比衰減了大約 36 dB。底部中心軌跡顯示了頻譜的擴(kuò)展視圖。光標(biāo)測量了最接近載波頻率的調(diào)制邊帶的偏移量。左側(cè)信息面板中顯示的光標(biāo)讀數(shù)表明邊帶偏移量為160 MHz。對于一個(gè)未經(jīng)過濾的脈沖波形，調(diào)制包絡(luò)會(huì)有一個(gè) sin(x)/x 的形狀。右下方的擴(kuò)展頻譜視圖顯示，8SPK信號經(jīng)過帶寬為20 MHz的升余弦濾波器進(jìn)行了低通濾波。光標(biāo)測量的是濾波器的標(biāo)稱帶寬。調(diào)制信號頻譜中高于20 MHz截止頻率的頻率被消除，因此邊帶只出現(xiàn)在載波的和采樣零點(diǎn)的20 MHz范圍內(nèi)。

頂部中心軌跡是獲取的信號時(shí)域的放大圖。波動(dòng)是由于數(shù)據(jù)調(diào)制造成的。兩個(gè)相鄰窄峰值之間的間距顯示了40 MBaud的數(shù)據(jù)傳輸速率。調(diào)制邊帶之間的 160 MHz間距表示以四倍數(shù)據(jù)速率（即 160 MHz）進(jìn)行額外的采樣過程。觀察右上方軌跡中8PSK信號的高度擴(kuò)展視圖，可以在相位終端之間看到信號粒度。光標(biāo)設(shè)置為測量相位中斷之間的時(shí)間周期，結(jié)果是6.2 ns，即頻率為160 MHz。因此，40 MBaud調(diào)制被限制在20 MHz帶寬內(nèi)，并在 160 MHz 處再次采樣后進(jìn)行廣播。

獲取的射頻載波使用專有的矢量信號分析軟件在Spectrum SBench 6外部進(jìn)行解調(diào)，然后將得到的同相和正交分量重新導(dǎo)入Spectrum SBench 6進(jìn)行額外的分析和顯示。圖3提供了一個(gè)結(jié)果示例。

圖 3：解調(diào)信號的同相 （I） 和正交 （Q） 分量。交叉繪制 I 和 Q 信號可生成狀態(tài)轉(zhuǎn)換或軌跡圖。

I 分量顯示在左上方的軌跡中，Q 分量顯示在 I 分量的下方。

8PSK信號在每三個(gè)比特編碼成一個(gè)符號，每個(gè)符號產(chǎn)生八個(gè)可能的數(shù)據(jù)值。I值和Q值轉(zhuǎn)化為相位和幅度信息。每個(gè)狀態(tài)的相位和幅度值都可以用I信號與Q信號的圖（即星座圖）來表示。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或軌跡圖（右側(cè)軌跡）顯示了數(shù)據(jù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換路徑，每條軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)都是八個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)之一。數(shù)據(jù)狀態(tài)出現(xiàn)在0、45、90、135、180、225、270和315度八個(gè)相位上。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖提供了一種快速評估8PSK信號生成的方法。底層星座的不對稱和偏斜表明信號生成存在誤差。

應(yīng)用3.分析DDR 2內(nèi)存數(shù)據(jù)信號

Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀也可以采集高速數(shù)字物理層信號。數(shù)字信號的帶寬取決于脈沖的上升時(shí)間，脈沖是時(shí)鐘速率的函數(shù)。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是，測量系統(tǒng)的測量帶寬應(yīng)為數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率的五倍。您可以在圖4所示的示例中看到這一點(diǎn)，該示例顯示了雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR 2）內(nèi)存數(shù)據(jù)信號的采集和分析。DDR存儲(chǔ)器使用時(shí)鐘（clock）、選通（strobe）和數(shù)據(jù)（data）這三種數(shù)字信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫入設(shè)備。數(shù)據(jù)信號如圖4所示。

圖 4：DDR2內(nèi)存的數(shù)據(jù)信號結(jié)構(gòu)復(fù)雜，F(xiàn)FT頻譜顯示高達(dá) 3 GHz左右的能量

采集的數(shù)據(jù)信號顯示在左上角的跡線中。左下角是信號的水平擴(kuò)展視圖。數(shù)據(jù)信號的FFT頻譜如圖中右側(cè)圖像所示。由于數(shù)字信號的脈沖性質(zhì)，頻譜具有Sin（x）/x包絡(luò)。設(shè)備的時(shí)鐘頻率為333 MHz。DDR內(nèi)存操作以兩倍的時(shí)鐘速率進(jìn)行。頻譜中的零點(diǎn)出現(xiàn)在 666 MHz 及其整數(shù)倍頻率上，頻譜顯示出到大約 3 GHz 的大量能量。

END

綜上所述，Spectrum TS-M5i.33xx-x16 系列數(shù)字化儀憑借其高性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為雷達(dá)脈沖測量、通信信號分析和高速數(shù)字信號采集提供了強(qiáng)大的工具。數(shù)字化儀的高采樣率、寬頻帶和12位分辨率的特點(diǎn)，使得它們能夠精確地捕捉和分析各種復(fù)雜的信號。無論是射頻應(yīng)用還是高速數(shù)字物理層信號的采集，Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀都能提供出色的性能和可靠性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些采集器無疑將在未來的信號分析和測量領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

審核編輯 黃宇