許多新興應用要求功能強大的射頻分析工具，除傳統(tǒng)的頻率軸和幅度軸之外，同時捕獲時間信息。當前許多射頻信號在不同時間點之間變化。有些信號會跳頻，有些信號則簡單地達到尖峰，然后消失。許多信號采用復雜的調制，其可能會在瞬間發(fā)生動態(tài)變化。這些活動可能會產(chǎn)生自己的負面效應，如隨機瞬變、干擾、開關異常事件等。這些現(xiàn)象都有一個共同點，那就是時間不再是一個可以忽略的軸。
本文考察了時間在數(shù)字射頻中的關鍵特性，還回顧和比較了發(fā)現(xiàn)、觸發(fā)、捕獲和分析信號的方法。
射頻傳輸類別
數(shù)字射頻的革命帶來了市場上種類豐富的低成本功耗" rel="http://www.eeworld.com.cn/my/keyad/ti.html" target="_blank">低功耗器件，如將整個通信系統(tǒng)都集成到一塊集成電路中的單芯片產(chǎn)品等。日益稀缺的頻帶上傳送的信息不斷激增，推動著人們需要在每單位帶寬上實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，同時需要復雜的通信協(xié)議，允許各種射頻設備和系統(tǒng)實現(xiàn)和平共存。
通信協(xié)議的一個關鍵目標是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數(shù)據(jù)包，同時使干擾達到最小。盡管不是為通信而設計的，但雷達系統(tǒng)在頻譜效率和最小干擾方面也擁有類似的目標，同時在目標中增加了安全性和避免檢測。這就產(chǎn)生了多種射頻傳輸類別，包括：
* 傳輸打開的時間很短，只在發(fā)送數(shù)據(jù)單元時打開，一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，就會釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸?shù)臅r間關系是未知的、隨機的。
* 系統(tǒng)與超寬帶(UWB)和碼分多址(CDMA)同時共享相同的頻譜。
* 認知無線電(CR)調節(jié)頻率、調制和功率，以便對某個時間點和位置的頻譜環(huán)境做出反應。
* 一個封裝內包含多臺射頻設備。
* 射頻設備與時鐘速率達到幾GHz的數(shù)字CPU共享相同的集成電路。
射頻測量挑戰(zhàn)
當前射頻工具必須具備一些基本的測量任務，以便滿足設計工程師實現(xiàn)自己的設計目標。這些任務在某種形式上都包含各種射頻傳輸類別，涵蓋了從監(jiān)控到物理研究的各種應用。
檢定頻率漂移——通常必須檢定頻率穩(wěn)定時間和響應，以保證設備滿足功能需求和操作需求。通常要求不間斷地捕獲頻率隨時間不斷變化的信號。
檢測干擾信號及其來源——干擾信號來來往往，通常是由于系統(tǒng)內部或外部故意干擾源或無意干擾源的開關活動導致的。通過記錄許多離散的干擾實例及周圍時間，可以確定干擾頻率，推斷出干擾來源。
查找和分析瞬時信號——不管是毛刺還是預計傳輸，瞬時頻率變化可能會意想不到地出現(xiàn)在比較穩(wěn)定、甚至更大的信號當中。檢測這些信號需要采用某種特殊的手段，它可以把相關事件與觀測跨度上的其他信號區(qū)分開來。
捕獲和分析基帶之上的信道化信號——通帶信號可能會具有捷變和被調制的特點，因此必須捕獲某個時間周期中相關頻段上發(fā)生的一切事件。這就要求不間斷的頻譜記錄，以便能夠考察信號的頻譜、時間和調制特點。
分析自適應數(shù)字調制——隨著帶寬變得越來越寶貴，安全變得越來越重要，自適應數(shù)字調制正變得越來越普遍、越來越復雜。分析調制質量及其與信號頻域特點和時域特點的關系，是轉型過程中進行無線調試的關鍵一步。這通常要求進行超出標準的測試，特別是在沒定義實現(xiàn)方案時。
通過回顧這些射頻測量任務，可以明顯看出，許多新興應用要求功能強大的射頻分析解決方案，除了傳統(tǒng)頻率軸和幅度軸外，該工具還要能夠捕獲時間信息。
目前市場上提供了三類射頻信號分析儀：掃頻分析儀(SA)、矢量信號分析儀(VSA)和實時頻譜分析儀(RTSA)。下面我們將更仔細地考察每種分析儀及其滿足新興數(shù)字射頻設計要求的能力。
掃頻分析儀
傳統(tǒng)掃頻分析儀通過在相關頻率上掃描分辨率帶寬(RBW)濾波器，來進行幅度對頻率測量。其缺點是，它一次只能記錄一個頻率中的幅度數(shù)據(jù)，要求輸入信號相對穩(wěn)定、不會發(fā)生變化。
圖1 掃頻分析儀步進通過一系列頻段，經(jīng)常會漏掉當前掃描頻段外面發(fā)生的重要瞬時事件
在圖1中，掃頻分析儀查看時間Ta上的頻段，但在更高頻率上發(fā)生了瞬間畸變。等到掃描到達較高的頻段時，也就是時間Tb時，畸變已經(jīng)消失了，因此掃頻分析儀沒有檢測到畸變。它沒有任何方式觸發(fā)定義的信號特點，也沒有任何方式累積長期的信號行為記錄。
矢量信號分析儀
矢量信號分析儀的出現(xiàn)，滿足了數(shù)字調制信號的不同要求。與掃頻分析儀不同，VSA是為進行調制測量優(yōu)化的。它捕獲整個信號及在某個時間點上發(fā)生的任何數(shù)字調制效應，快速提供許多關鍵調制參數(shù)的讀數(shù)，如誤差矢量幅度。
射頻實時頻譜分析儀
由于隨時間變化的信號在射頻應用中越來越常見，人們日益迫切需要一種新的射頻采集和分析方法。實時頻譜分析儀應運而生，解決了這種棘手的測量問題。單純地從三種頻譜分析儀結構來看，RTSA可以觸發(fā)頻域事件，然后捕獲和分析落在實時帶寬內的任何通帶信號。
圖2 實時頻譜分析儀結構，儀器一次捕獲整個頻率通帶，DSP支持靈活的觸發(fā)和分析功能
圖2說明了RTSA的結構。一個集成式下變頻器把實時帶寬放在任何通帶上，直到分析儀的上限。在濾波后，下變頻后的信號通過一個ADC，ADC對信號進行數(shù)字轉換。這可以實時觸發(fā)頻域事件，把信號捕獲到存儲器中，對時域、頻域和調制域進行多域分析。RTSA的數(shù)字射頻結構在測量期間可以連續(xù)捕獲信號，然后作為無縫的連續(xù)時間記錄把信號存儲到存儲器中。RTSA是唯一為生成三維顯示畫面優(yōu)化的射頻信號分析儀，即頻率、功率(幅度)和時間。
清楚地顯現(xiàn)問題
認識到存在問題只是解決問題的第一步。與數(shù)字射頻有關的問題通常會以間接方式顯現(xiàn)。一臺設備中的瞬變可能會導致另一臺設備中的誤碼率提高。由于自身擁堵或受到瞬時干擾，雷達可能偶爾會提供不準確的標靶信息。功放器中的熱量或電氣貯存效應可能會導致數(shù)據(jù)丟失，給鄰道帶來瞬間干擾。執(zhí)行計算密集型軟件子例程可能會導致電源電壓變化，影響射頻傳輸質量。
為了使射頻設計人員發(fā)現(xiàn)問題，泰克已經(jīng)研制出數(shù)字熒光或DPX技術，仿真可變余輝CRT。泰克實時頻譜分析儀中采用的數(shù)字熒光頻譜分析實現(xiàn)方案把顯示處理與專用DSP硬件結合在一起，執(zhí)行頻率變換的速度要比傳統(tǒng)頻譜分析儀高出幾個量級。DPX技術每秒可以更新大約50 000條軌跡，頻譜更新速度約為傳統(tǒng)掃頻分析儀的100 000%。
每次變換的信息在DPX引擎中結合在一起，以全面運動速率生成顯示畫面。這一引擎包括統(tǒng)計余輝處理，允許查看信號行為隨時間變化的全部信息。它還可以立即顯現(xiàn)散布在強信號中的弱信號，突出顯示不頻繁的短時間事件。余輝調節(jié)允許用戶針對變化的信號條件優(yōu)化顯示特點，從動態(tài)信號的實地射頻視圖，直到發(fā)現(xiàn)只發(fā)生一次的事件。它可以揭示傳統(tǒng)頻譜分析儀或矢量信號分析儀看不到的信號行為。實時頻譜分析儀的其他功能則提供了多種手段，可以觸發(fā)信號行為，把信號捕獲到存儲器中，在時域、頻域和調制域中分析這些信號。
小結
隨著射頻信號變得越來越復雜、越來越不可預測，設計人員必須了解從跳頻到EMI瞬變的隨時間變化的各種信號行為。盡管市場上為射頻測量提供了大量的儀器，但只有RTSA為設計人員適應射頻設計新興趨勢提供了所需的觸發(fā)、捕獲和分析功能。