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射頻信號源顧名思義就是產(chǎn)線(xiàn)射頻信號的一個(gè)源,或者說(shuō)是一臺儀表。有些地方可能會(huì )稱(chēng)作矢量射頻信號源,我們一般將只能產(chǎn)生模擬射頻單頻信號且無(wú)法產(chǎn)生調制信號的這一類(lèi)儀表稱(chēng)作信號源,比如 Rigol 的 DG 系列。
它能產(chǎn)生標準的如正弦波、方波、三角波一類(lèi)的簡(jiǎn)單信號,也可稱(chēng)作為是任意波形發(fā)生器。
真正意義上的信號源是用于產(chǎn)生矢量信號,即數字通信中常用的調制信號,支持如 l/Q 調制:ASK、FSK、MSK、PSK、QAM、AM、FM、脈沖信號等。
比如說(shuō) Rigol 的 DSG 系列。
通過(guò)下面框圖可以簡(jiǎn)單的看一看射頻信號源的原理。
信號流程從左至右首先看到的是一個(gè) DDS 以及連接到它的 10M TCXO(或者也可以叫 OCXO),先來(lái)看這個(gè) DDS。
DDS 直接數字合成
DDS 是直接數字合成技術(shù),簡(jiǎn)單講也就是頻率合成技術(shù)。通過(guò)由混頻器、倍頻器和分頻器等組成,對標準頻率源進(jìn)行加減乘除等必要的算術(shù)操作,再通過(guò)放大、濾波后分離選出需要的頻率信號。
DDS 通常是輸出一個(gè)頻率比較小的信號,跟 10M 參考信號混頻后降頻主要負責儀表的低頻段輸出,而高頻率部分由 VCO 輸出。
10M TCXO
這個(gè)就是一個(gè)標準的 10MHz 的參考信號,一般在儀表的背部都會(huì )有一個(gè) 10MHz IN 和 10MHz OUT 兩個(gè)接口,用于將兩臺儀表時(shí)鐘同步。
在這里 10MHz 主要是提供一個(gè)標準的參考信號,在此功能的板端都會(huì )有一個(gè)內置的頻率參考源用以輸出 10M 信號(如下圖),而上圖所示主要是起外部時(shí)鐘同步信號作用。
除了上述兩種以外,還有第三種,有些儀表的選配項包括一個(gè) TCXO 或者 OCXO 我們叫高穩晶振,或者叫晶體諧振器,它的諧振頻率很穩定,所以一般用于選件的方式來(lái)添加,它一般通過(guò)儀表的背部接口處直接插入就好,比較方便,儀表廠(chǎng)商會(huì )重新針對頻率項進(jìn)行復測以確保頻率是穩定且準確的。
VCO
VCO 一般指壓控振蕩器,通過(guò)原理圖標我們可以看出這種圖示一通常是源器件的標識。
壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關(guān)系的振蕩電路,其實(shí)也就是產(chǎn)生一個(gè)范圍的頻率區間。一部分頻率會(huì )通過(guò)【P/D】鑒相器與 DDS 和 10M 參考信號混頻而來(lái)的一路信號進(jìn)行鑒相,鑒相器的主要功能就是將兩路信號的相位進(jìn)行鑒別和統一,保持相位的一致性。VCO 鑒相的這一條通過(guò)是通過(guò)下面兩張圖都有的一個(gè)器件:Divider 來(lái)操作的。
鑒相完以后的標準信號有些儀表可能會(huì )需要倍頻,這個(gè)時(shí)候就會(huì )用到倍頻器,如下圖紅框,倍頻器的路徑可能不是一條通路,舉個(gè)例子:頻率為 9k~15GHz 的頻率范圍,在頻率合成單元可能只產(chǎn)生的是一個(gè) 9k~4GHz 的一個(gè)低頻信號,然后通過(guò)倍頻器,不段的往上倍頻以產(chǎn)生更高頻率的區間。
所以對于工程師而言在排查一些問(wèn)題的時(shí)候,如果頻率范圍不一樣可能板端走的路徑是不同的。倍頻主要是針對一些頻率較高的儀表會(huì )使用。
IQ 調制
對于支持內外 IQ 調制功能的儀表會(huì )多一塊 IQ 的板子,主要負責調制信號的產(chǎn)生。在儀表的背部會(huì )有 I IN、I OUT、Q IN、Q OUT 四個(gè) BNC 接口用以連接外部調制信號。
另外一種是儀表自帶的內部 IQ 調制功能,用戶(hù)可選擇內部和外部?jì)煞N IQ 調制方式,內部 I+Q 調制帶寬達 60MHz,EVM<0.7%,EVM<2%(典型值),可以下載免費的 Ultra IQ Station 用于方便的生成矢量信號波形。
通常標配調幅,調頻,調相等模擬調制方式,可選配脈沖調制及脈沖序列發(fā)生器自定義的脈沖序列,以及 I/Q 調制和 IQ 基帶發(fā)生器,可生成 QAM、ASK、PSK、FSK、MSK 等各種常用的調制信號,所有調制都支持內部和外部調制源。
接下來(lái)信號會(huì )經(jīng)過(guò)一個(gè)叫 ALC 的環(huán)路
ALC(Automatic Level Control)自動(dòng)電平控制,是針對由于器件本身變化,環(huán)境引起工作點(diǎn)變化等,在電路中加入的穩定電平的電路。在一定范圍內,ALC 電路自動(dòng)糾正偏移的電平回到要求的數值。例如功率 ALC 電路,就是射頻信號源的幅度輸出值測試過(guò)程中,要求輸出一定功率,由于器件由冷變熱導致放大倍數變化功率偏離要求,ALC 電路自動(dòng)感知這個(gè)變化調整回路的參數,使得功率維持正常數值。
實(shí)現上述這個(gè)過(guò)程中通常 ALC 電路會(huì )搭配可調衰減器來(lái)調整補償幅度值。
可調衰減器電路通常是由反向串聯(lián)的很多二極管組成。
ALC 電路其實(shí)還包含有如指數放大、比較積分、零點(diǎn)調節、對數放大、檢波、功率分配等電路,整個(gè)過(guò)程還是挺復雜的,這里以后慢慢講。
在信號流圖的最后面輸出之前會(huì )看到還有一個(gè) ATT 的圖示,這個(gè)是干什么的?
我們在使用信號源的時(shí)候功率輸出幅度的范圍通常是很大的一個(gè)區間,以 Riogl 的 DSG 系列射頻信號源來(lái)說(shuō),其幅度值最大在 -110dBm~+20dBm,可是通過(guò) ALC 電路搭配可調衰減器是不足以達到這么大的取值范圍,所以在終端輸出之前會(huì )再加一個(gè)單獨的 ATT 電路,即固定衰減器電路,這里面是由不同大小的衰減器及直通開(kāi)關(guān)組成,通過(guò)不同路徑的組合達到衰減量變化的目的。
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