概述

今天，隨著測量儀表技術(shù)的發(fā)展，工程師已經(jīng)能夠在實驗室使用一些測量儀表獲得較真實的電磁測試環(huán)境，對產(chǎn)品的信號接收、抗干擾等性能進行更準(zhǔn)確和全面的測試評估。

真實信號的模擬需要使用信號采集和回放設(shè)備。對于頻率較低的信號采集，可以直接使用數(shù)據(jù)采集卡，如果頻率高于6 GHz， 考慮到成本，以及ADC采集速率和位數(shù)的限制，通常會采用帶下變頻單元的信號分析儀替代，回放設(shè)備采用帶I/Q調(diào)制器的矢量信號源。

信號采集

隨著微波芯片和高速處理器的小型化發(fā)展，便攜式信號分析儀的性能和測量速度已經(jīng)有了飛躍性的提高，同時增加了更多的實用測量功能。不僅能夠滿足嚴(yán)苛的室外使用環(huán)境，也能夠滿足實驗室內(nèi)的常規(guī)測量要求，不僅降低了使用成本，還提高了使用效率。

安立公司最新的便攜式信號分析儀平臺Field Master Pro MS2090A，具備完整的IQ信號記錄，以及頻譜回放功能，擁有高達110 MHz采集帶寬，最高頻率達54 GHz。

圖1 MS2090A 便攜式高性能信號分析儀

MS2090A 采用高分辨率高帶寬ADC作為中頻采樣處理前端，分辨率14 bit，單路I/Q最大采樣率200MSPS。采用欠采樣和抽樣技術(shù)，提高ADC分辨率，改善信噪比，提高信號質(zhì)量。

圖2 MS2090A ADC path

采樣率和I/Q比特關(guān)系

高的采樣率，以及更多的I/Q bit 都能夠顯著降低ADC的量化噪聲。但是，更高的采樣率，或者更多的I/Q bit 意味著需要更快的總線傳輸速率，以及更大的磁盤空間。在實際應(yīng)用中，需要平衡這兩者的矛盾，以達到信號質(zhì)量和數(shù)據(jù)總線傳輸速率的平衡。由于I/Q采樣率僅僅需要等于信號的模擬帶寬就足以重建信號。

安立工程師通過更多的實驗數(shù)據(jù)表明，10bit的I/Q數(shù)據(jù)分辨率，在高于100MSPS的采樣率對有效模擬帶寬內(nèi)的量化噪聲有明顯的優(yōu)化作用。如果采樣率進一步降低到12.5 MHz以下，32bit I/Q分辨率對量化噪聲有更明顯的改善。下表中給出了不同采樣率，最優(yōu)的I/Q bit設(shè)置，以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊模式最大的存儲深度。

表1 MS2090A最佳的采樣率和I/Q bit設(shè)置

表2 不同采樣率，I/Q分辨率對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊模式存儲深度(單位秒)

IQ信號輸出和存儲

Field Master Pro MS2090A支持兩種IQ數(shù)據(jù)輸出模式。數(shù)據(jù)塊(IQ Capture)模式和連續(xù)數(shù)據(jù)流(IQ Streaming)模式。

表3 兩種信號存儲模式的對比

圖3 兩種信號存儲模式的輸出示意圖：(a) IQ數(shù)據(jù)塊模式；(b) IQ數(shù)據(jù)流模式

由于連續(xù)數(shù)據(jù)流模式需要外部存儲器配合，所以安立針對不同的信號測量需求，提供了一整套的解決方案。

方案一：使用外部高速USB 3.0 SSD，接收I/Q數(shù)據(jù)流。MS2090A擁有3個USB 3.0 Type A接口(文件傳輸，以及IQ data 輸出)，以及1個Type C接口 (支持USB-TMC協(xié)議)。信號帶寬受限于外部SSD的最高寫入速率，例如使用三星 T5 SSD，ext4/exFAT 格式，最大寫入速度為260 MB/s。如果以10bit  I/Q數(shù)據(jù)分辨率，采樣率100MSPS模式下，理論最大可連續(xù)寫入80 MHz 模擬帶寬信號數(shù)據(jù)。

圖4 配合外部SSD方案連接器圖