一文詳解射頻信號源的工作原理

2020-11-26 電子發燒友

一文詳解射頻信號源的工作原理

測試那些事兒 發表於 2020-11-19 09:44:27

射頻信號源顧名思義就是產線射頻信號的一個源，或者說是一臺儀表。有些地方可能會稱作矢量射頻信號源，我們一般將只能產生模擬射頻單頻信號且無法產生調製信號的這一類儀表稱作信號源，比如Rigol的DG系列。

它能產生標準的如正弦波、方波、三角波一類的簡單信號，也可稱作為是任意波形發生器。

真正意義上的信號源是用於產生矢量信號，即數字通信中常用的調製信號，支持如l/Q調製：ASK、FSK、MSK、PSK、QAM、AM、FM、脈衝信號等。

通過下面框圖可以簡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DDS以及連接到它的10MTCXO（或者也可以叫OCXO），先來看這個DDS。

DDS直接數字合成

DDS是直接數字合成技術，簡單講也就是頻率合成技術。通過由混頻器、倍頻器和分頻器等組成，對標準頻率源進行加減乘除等必要的算術操作，再通過放大、濾波後分離選出需要的頻率信號。

DDS通常是輸出一個頻率比較小的信號，跟10M參考信號混頻後降頻主要負責儀表的低頻段輸出，而高頻率部分由VCO輸出。

10MTCXO

這個就是一個標準的10MHz的參考信號，一般在儀表的背部都會有一個10MHzIN和10MHzOUT兩個接口，用於將兩臺儀表時鐘同步。

在這裡10MHz主要是提供一個標準的參考信號，在此功能的板端都會有一個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，所以一般用於選件的方式來添加，它一般通過儀表的背部接口處直接插入就好，比較方便，儀表廠商會重新針對頻率項進行複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係的振蕩電路，其實也就是產生一個範圍的頻率區間。一部分頻率會通過【P/D】鑑相器與DDS和10M參考信號混頻而來的一路信號進行鑑相，鑑相器的主要功能就是將兩路信號的相位進行鑑別和統一，保持相位的一致性。VCO鑑相的這一條通過是通過下面兩張圖都有的一個器件：Divider來操作的。

鑑相完以後的標準信號有些儀表可能會需要倍頻，這個時候就會用到倍頻器，如下圖紅框，倍頻器的路徑可能不是一條通路，舉個例子：頻率為9k~15GHz的頻率範圍，在頻率合成單元可能只產生的是一個9k~4GHz的一個低頻信號，然後通過倍頻器，不段的往上倍頻以產生更高頻率的區間。

所以對於工程師而言在排查一些問題的時候，如果頻率範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使用。

IQ調製

對於支持內外IQ調製功能的儀表會多一塊IQ的板子，主要負責調製信號的產生。在儀表的背部會有IIN、IOUT、QIN、QOUT四個BNC接口用以連接外部調製信號。

另外一種是儀表自帶的內部IQ調製功能，用戶可選擇內部和外部兩種IQ調製方式，內部I+Q調製帶寬達60MHz，EVM《0.7%，EVM《2%（典型值），官網可以下載免費的UltraIQStation用於方便的生成矢量信號波形。

通常標配調幅，調頻，調相等模擬調製方式，可選配脈衝調製及脈衝序列發生器自定義的脈衝序列，以及I/Q調製和IQ基帶發生器，可生成QAM、ASK、PSK、FSK、MSK等各種常用的調製信號，所有調製都支持內部和外部調製源。

接下來信號會經過一個叫ALC的環路

ALC（AutomaticLevelControl）自動電平控制，是針對由於器件本身變化，環境引起工作點變化等，在電路中加入的穩定電平的電路。在一定範圍內，ALC電路自動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程中，要求輸出一定功率，由於器件由冷變熱導致放大倍數變化功率偏離要求，ALC電路自動感知這個變化調整迴路的參數，使得功率維持正常數值。

實現上述這個過程中通常ALC電路會搭配可調衰減器來調整補償幅度值。

可調衰減器電路通常是由反向串聯的很多二極體組成。

ALC電路其實還包含有如指數放大、比較積分、零點調節、對數放大、檢波、功率分配等電路，整個過程還是挺複雜的，這裡以後慢慢講。

在信號流圖的最後面輸出之前會看到還有一個ATT的圖示，這個是幹什麼的？

我們在使用信號源的時候功率輸出幅度的範圍通常是很大的一個區間，以Riogl的DSG系列射頻信號源來說，其幅度值最大在-110dBm~+20dBm，可是通過ALC電路搭配可調衰減器是不足以達到這麼大的取值範圍，所以在終端輸出之前會再加一個單獨的ATT電路，即固定衰減器電路，這裡面是由不同大小的衰減器及直通開關組成，通過不同路徑的組合達到衰減量變化的目的。


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