Agilent频谱仪

1、 噪声,杂散调制信号 带内测试项目带内测试项目带外测试项目带外测试项目时间频率时域分析时域分析频域分析频域分析l 信号功率信号功率l 信号频率信号频率l 相位噪声相位噪声l 杂波抑制杂波抑制l 谐波抑制谐波抑制杂波：杂波：-65dBc二次谐波：二次谐波： -30dBc 0.5f0 f0 2f0次谐波次谐波相位噪声相位噪声Carrier:载波载波+5dBm-60 dBm-25 dBm 与参考进行对比增益；噪声测试调制器混频器预放功率和失真测试本振源参考调制信号频率；功率及稳定度LOLO RF 输出功放信号源信号源1频谱仪频谱仪带通滤波器带通滤波器耦合器耦合器被测件被测件f1f1+ 10 kHzI

2、n衰减器衰减器信号源信号源2 BPSKDQPSK and QPSKDQPSK16QAMMSK32QAM8 PSKError Vector ConceptIQ幅度误差幅度误差误差失量误差失量标准参考信号标准参考信号相位误差相位误差实际被测信号 (EVM)= ( 误差矢量平均幅度 ) ( 标准符号点位置幅度 )x100 %Error Vector Magnitude 误差信号解调调制器001110标准参考信号被测信号被测信号 频域频域解调域解调域时域时域 仪表工作模式仪表工作模式仪表测试状态参数仪表测试状态参数仪表测试结果仪表测试结果 输入信号接口输入信号接口仪表参数设置仪表参数设置Opt H70

3、 70MHzPeak searchMarkerMarkerFile State频谱分析仪测量频谱分析仪测量状态参数，如：状态参数，如：中心频率，扫宽，中心频率，扫宽，RBW，VBW，Ref Lvl等等将各种常用固定测将各种常用固定测试状态存盘，方便试状态存盘，方便测试设置测试设置 TraceTrace+state仪表测试轨迹线仪表测试轨迹线图形图形将测试结果图形存将测试结果图形存盘，结果可显示在盘，结果可显示在频谱仪上频谱仪上 CSV仪表测试轨迹线仪表测试轨迹线图形数据图形数据将频谱分析仪测试将频谱分析仪测试结果数据按结果数据按Excel文文件格式存盘件格式存盘 ScreenBitmap仪表测

4、试图形仪表测试图形将仪表测试结果按将仪表测试结果按位图文件形式存储，位图文件形式存储，便于编写测试报告便于编写测试报告Reverse Bitmap仪表测试翻转图仪表测试翻转图形形Frequency/ChannelSpanX ScaleAMPLITUDEBW/AvgSweepAuto CouplePeak SearchMarkerMarker FctnCFCF stepStartstopRef Lvl Marker MEASUREDisplayInput/OutputTrace/ViewSystem 并行滤波器组处理并行滤波器组处理full spectral displayAff1f2Aff1f

5、2滤波器扫描测试滤波器扫描测试LCD shows full spectral display预选滤波器预选滤波器/低通滤波器低通滤波器参考参考振荡器振荡器对数对数放大放大器器RF输入衰输入衰减器减器混频器混频器中频中频滤波器滤波器检波器检波器视频视频滤波器滤波器本振本振扫描控制器扫描控制器中频中频放大放大器器输入输入显示结果显示结果3.6(GHz)(GHz)0361245031236453.6(GHz)0312fIFSignal RangeLO Rangefs扫描控制器LOLCD displayinputmixerIF filterdetectorAffLOfsfsfsfLO-fsfLO+fL

6、O3.66.56.5 单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状fsigLOffsigLOfLOffsig-LOffsig+RFLOIFBAC300 MHzLODLOADCASICCPU321.4 MHzOut21.4 MHz3rd IFIFProcessing2nd LO3.6 GHzRFINPUTInputAttenuator0 - 70 dB2 dB Step1st LO3 - 7 GHz1st LO3 - 7 GHz1st LO3 - 7 GHzHighband Preselected Mixer321.4 MHzIF数字解

7、调HighbandMixerA321.4 MHzIFB3Hz - 3GHz3 GHz预放LowbandACP Module Option321.4 MHzIFC21.4 MHzIFD3.9214 GHz1st IF3.9 GHz3 Hz - 26.5 GHz bins视频滤波前测试显示结果视频滤波后测试显示结果-T/2+T/2Fmax：测量频率范围100dB动态范围 测量信号高次谐波成份测量信号高次谐波成份PSA系列系列3Hz6.7 GHz26.5 GHz13.2 GHz 1Hz - 8 MHz RBWE4443A 1Hz - 8 MHz RBW1 Hz - 8MHz RBWE4445AE44

8、40AE4448AE4446A44 GHz50 GHz1 Hz - 8MHz RBW1 Hz - 8MHz RBW3 dB3 dB BWLO混频器混频器中频滤波器中频滤波器/分辨滤波器分辨滤波器扫描控制器扫描控制器检波器检波器输入信号输入信号DisplayRBWRBW本振寄生调频本振寄生调频本振相位噪声本振相位噪声中频滤波器矩形系数中频滤波器矩形系数60 dB BW3 dB BW3 dB60 dB60 dBBW3 dB BW滤波器矩形系数 = 单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状3 dB10 kHz10 kHz RBW10 k

9、HzRBW = 10 kHzRBW = 1 kHzSelectivity 15:110 kHzdistortion products60 dB BW = 15 kHz7.5 kHz3 dB60 dB 高精度高精度 不受温漂影响不受温漂影响 一致性好一致性好 可扩展性可扩展性模拟模拟 数字数字ADCBitsCos(wt)Sin (wt)IFRFIQQLOFsSample RateMHzASICPush the digitizers up the rf chain中频滤波器数字实现中频滤波器数字实现 ADC digitizes IF - not detected amplitude 数字滤波器测试

10、结果数字滤波器测试结果 模拟高斯滤波器测试结果模拟高斯滤波器测试结果Fast Tuningf 30 kHzf 噪声系数）噪声系数）不同性质信号功率的测试结果与不同性质信号功率的测试结果与，有关有关输入输入 显示显示对数放大器对数放大器RBW本振本振衰减器衰减器视频滤波器视频滤波器ADC检波方式检波方式LogLinloglog包络检波器包络检波器TimeVolts中频信号中频信号包络检波器包络检波器Trace/Trace 平均平均DetectorModeSampleTimeVoltsPeakNeg PeakDisplay points or bucketsPeakNeg PeakSampleTi

11、meVoltsAverage valueSamples of envelope detector outputDetectorModeAverageProcessor and DisplayLog AmpEnvelope DetectorRBWVBWADCDetectorModeLogLin视频处理或平滑视频处理或平滑 Averaging or RMS DetectorsTrace-to-Trace多次测量平均处理多次测量平均处理log平均方式平均方式 Log, Lin, PowerLog平均平均 CW signals 窄 VBW, trace 平均 适合于低电平CW信号测试电压平均电压平均

12、voltage envelopes适合于脉冲信号上升下降时间测量功率平均功率平均 time-varying signals 信号平均功率测量0 dBm6 dBm1 mW4 mW Log 平均平均与与功率平均功率平均 结果不相同结果不相同 窄窄VBW及及trace平均平均为为 Log 平均平均，测量时变信号时存在误差，测量时变信号时存在误差 RMS 检波检波等效等效为功率平均为功率平均=(Avg P1+ P2+P3 .) “对数值的平均处理对数值的平均处理” 功率平均处理（功率平均处理（Power Averaging ）(也称为均方根检波方式也称为均方根检波方式 RMS) =( logAvg 1

13、0 P1/10+ 10P2/10+10P3/10.) “平均结果的对数处理平均结果的对数处理“Log 平均平均 结果 = 3 dBm=(0 dBm + 6 dBm)/2功率平均功率平均 结果 = 3.98 dBm=(1 mW + 4 mW)/2 = 2.5 mWFrequency (MHz)Noise (dBm)Pwr Avg (RMS)Normal Average(Log/RMS/V)PeakSampleNegative Peak100kHzLog-pwr (video)NoVBW 3XRBWLogAverageGSM 信号信号ORFSLog-pwr (video) YesLogPeakCW

14、信号信号,离散信号离散信号Pwr (RMS)VoltagePwr (RMS)Pwr (RMS)Trace AvgNoVBW 3XRBWPwrsample噪声测试噪声测试NoVBW 3XRBWLinSample信号包络信号包络,上升上升/下降时间下降时间NoVBW 3XRBWPwrAverageACPR NoVBW 3XRBWPwrRMS连续谱调制信号连续谱调制信号 VBW处理处理 平均处理方式平均处理方式检波检波被测信号被测信号ChopperDiode检波器MeterSynchronousDetectorLPFADCRangingBPFSquare WaveGeneratorProcessor

15、RFACDC220 HzDACAUTOZEROff1f2功率计测量结果是全频段信号功率和功率计测量结果是全频段信号功率和三阶交调测试三阶交调测试各次谐波测试各次谐波测试 -50 dBc -50 dBc -40 dBc频谱分析仪典型测试应用频谱分析仪典型测试应用混频信号被测信号混频器输出信号混频器产生失真成分混频器及其它处理过程的混频器及其它处理过程的非线性作用非线性作用Second Order: 2 dB/dB of FundamentalThird Order: 3 dB/dB of Fundamental3f2f3fPowerin dB2ff2f - f1212Powerin dB3321

16、2f - f双音信号测试双音信号测试谐波失真谐波失真三阶失真三阶失真二阶失真二阶失真 高阶失真信号幅度比基波信号变化速度快失真信号幅度与混频器工作电平的关系0-20-40-60-80-100-60-300+30TOI二阶二阶三阶三阶失真信号/输入功率比（dBc）混频器工作电平混频器工作电平混频器工作电平混频器工作电平 = 输入信号电平输入信号电平 - 衰减器设值衰减器设值SHI 为减小频谱分析仪内部失真，混频器应工作在尽量低电平，应加大衰减器设值为减小频谱分析仪内部失真，混频器应工作在尽量低电平，应加大衰减器设值SIGNAL-TO-NOISE RATIO, dBc-20-40-60-80-10

17、0-60-300+30.TOI最大二阶无失真动态范围点最大二阶无失真动态范围点 显示噪声电平显示噪声电平三阶三阶二阶二阶 最大三阶无失真动态范围点最大三阶无失真动态范围点SOI混频器工作电平混频器工作电平 = 参考电平参考电平 - 衰减器衰减器最佳混频器工作电平最佳混频器工作电平混频器工作电平混频器工作电平 = 参考电平参考电平 - 衰减器衰减器频谱仪显示失真信号频谱仪显示失真信号衰减器设值小时衰减器设值小时频谱仪频谱仪内部失真大内部失真大；噪声电平低噪声电平低衰减器设值大时衰减器设值大时频谱仪频谱仪内部失真小内部失真小；噪声电平高噪声电平高Dynamic Range Vs. Distorti

18、on and NoiseDynamic Range given up using different attenuator stepsMixerLevelDRWorst case DRdue to insufficientAtten step sizeDANL3rd OrderOptimum DRPotentialDR GivenUpLost Dynamic Range (dB) Attenuator Step Size (dB) Simplistic View CW Distortion Noise-like Distortion 10 6.7 4.7 4.1 5 3.3 1.6 1.3 2

19、 1.3 0.28 0.23 1 0.67 0.08 0.06 输入衰减器输入衰减器中频放大中频放大改变衰减器设置改变衰减器设置频谱仪显示结果变化？频谱仪显示结果变化？测试杂波或噪声有仪表内部产生成份测试杂波或噪声有仪表内部产生成份测试杂波或噪声来源于被测测试杂波或噪声来源于被测增加衰减器，直到显示的杂散不再变化为止增加衰减器，直到显示的杂散不再变化为止YN防混叠滤波器Auto-rangeGain Select RulesADCAutorange幅度调整功率调整功率调整LO10 MHz放大放大FsFsAutorange输入输入CoaxCoaxData数字化处理数字化处理RBW信号检波信号检波对

20、数放大对数放大VBW功率检测功率检测中频预选滤波器Preselection Filters2.5xRBWADC 推动放大推动放大21.4 MHzIFFs 显示显示ADC overload . 010000 . 001111 . 001110 . 001101 . 001100 . 001010 . 001001 . 001000 . 000111 . 000110 .Dt x(nDt) nn+1Number of effective bitsdB = 20 log 2 = 6 dB/bit 6 dB per Bit动态范围： 6dB x NN = ADC 处理位数ADC 非线性非线性引起的失真

21、杂散引起的失真杂散ADC 量化噪声量化噪声在频谱上反映在频谱上反映ADC Dither 处理前信号频谱处理前信号频谱 ADC Dither 处理后信号频谱处理后信号频谱Dither OFF ADC 转换特性转换特性 Dither ON ADC 转换特性转换特性Dithered ADC特点特点n将量化噪声随机化将量化噪声随机化n改善改善ADC 线性线性n提高提高ADC 动态范围动态范围ADC-DACPRNPseudo-RandomNumber GeneratorSubtracterDigitalAnalogSummingAnalog InputDither GeneratorOutputSpan

22、 control byDigital FilteringDigitalFiltersDSPJunction在输入端加入噪声将量化误差随即化在输入端加入噪声将量化误差随即化Low frequency, band pass FM, 1 lsb small scale, 1/2 full large scaleadd/subtract dither with control loop中频模拟预选滤波频响特性中频模拟预选滤波频响特性（ADC 前处理）前处理）带宽带宽=2.5RBW数字分辨滤波器频响特性数字分辨滤波器频响特性 RBW（ ADC后处理）后处理）S1S2-22.5dB-30dB单音信号： F

23、1单音信号：F22*F2-F1三阶交调信号：2*F1-F2=k*S2*S12=k*S1*S22模拟预选滤波器对动态范围的改善2*22.5 dB + 30 dB = 75dBEffective TOI improved by 32.5 dB中频处理具备频率选择功能未滤波处理的输入信号未滤波处理的输入信号Power vs timetLimited ADC dynamic rangeMax6 dB stepsLow noiseGood noise figureLarger signalshave more noiseAdded Dynamic RangeLousy noise floor cover

24、ed up by large signal1 Hz noise15 MHz noiseFixed range fft limited dynamic range.Each range has lessSNR than required+0+6+12+18None 对对 21.4 MHz 中频信号幅度进行采样监测中频信号幅度进行采样监测 主通道信号传输延迟精确控制主通道信号传输延迟精确控制 ADC处理前，对信号幅度进行调整处理前，对信号幅度进行调整 跟踪信号幅度变化跟踪信号幅度变化Autoranging处理保证处理保证ADC处理信号信噪比处理信号信噪比+30 dBm-115 dBm (1 kHz

25、 BW & 0 dB ATTENUATION)频谱仪最大输入电平频谱仪最大输入电平仪表显示范围80 dB-10 dBm-35 dBm-45 dBm仪表噪声电平随衰减器设值和而变化二阶失真二阶失真混频器压缩电平混频器压缩电平三阶失真三阶失真信号噪声范围信号噪声范围105 dB145 dB功率测量范围功率测量范围频谱仪平均噪声电平70 dB80 dB0 dBc噪声电平噪声电平60 dBc/1kHz三阶失真测试动态范围三阶失真测试动态范围仪表相位噪声影响测试动态范围仪表相位噪声影响测试动态范围二阶失真测试动态范围二阶失真测试动态范围100 kHzto1 MHz噪声边带噪声边带频谱仪动态范围频

26、谱仪动态范围受本振相位噪声受本振相位噪声影响范围影响范围 DANL频谱仪动态范围频谱仪动态范围受非线性受非线性/白噪声白噪声影响范围影响范围 100 kHz绝对测量绝对测量幅度测量幅度测量频率测量频率测量相对测量相对测量幅度测量幅度测量频率测量频率测量全数字中频放大及对数运算电路全数字中频放大及对数运算电路全数字中频滤波器全数字中频滤波器内部标准校准信号内部标准校准信号 Specification(性能指标性能指标):应是每台仪表应该保证达到的指标应是每台仪表应该保证达到的指标Typicals (典型指标典型指标):大部分仪表所达到的指标大部分仪表所达到的指标(80%);常优于常优于Speci

27、fication值值Characteristic (特征指标特征指标): 研究开发阶段测试指标研究开发阶段测试指标,抽样仪表所达到性能，常优于抽样仪表所达到性能，常优于Specification值值SweepGen输入中频滤波中频滤波检波本地振荡器Mixer滤波其LogAmp参考晶振视频滤波D/AA/DF = NF FsLOIFl 本振信号频率与参考源本振信号频率与参考源;扫宽有关，扫宽有关，l 中频滤波器精度决定中频信号精度中频滤波器精度决定中频信号精度l 在扫描起始频率点，本振依靠在扫描起始频率点，本振依靠PLL锁定，精度较高，锁定，精度较高，l 扫描过程中，本振频率靠扫描过程中，本振频率

28、靠VCO压控线性保证，与扫宽有关压控线性保证，与扫宽有关。本振信号频率有关本振信号频率有关中频信号频率有关中频信号频率有关F = NF FsLOIF 计数器方式下计数器方式下, 频谱仪频谱仪频率测量值与扫宽无关频率测量值与扫宽无关输入输入 显示显示对数放大器对数放大器RBW本振本振衰减器衰减器视频滤波器视频滤波器ADC检波方式检波方式LogLinloglog包络检波器包络检波器Trace/Trace 平均平均l频率响应误差频率响应误差l刻度保真度误差刻度保真度误差l中频误差中频误差l输入衰减器误差输入衰减器误差lRBW转换误差转换误差l预选滤波器跟踪误差预选滤波器跟踪误差频谱仪幅度测量频谱仪幅

29、度测量 的误差项目：的误差项目：+2 dBBAND 3BAND 1-1 dB+1 dB-2 dB00Specs: 1 dB2 dBBandSwitchingUncertainty段内误差段内误差频段切换误差频段切换误差频率响应误差产生的原因频率响应误差产生的原因对数放大器对数放大器 线性线性检波器线性检波器线性ADC 电路线性电路线性l在参考电平相同时，信号处在不同电平处。在参考电平相同时，信号处在不同电平处。l中频电路（中频放大；中频衰减）不确定度中频电路（中频放大；中频衰减）不确定度l参考电平设置不相同时参考电平设置不相同时Frequency Response (3 GHz)Band Sw

30、itching ErrorLog FidelityRF Input Atten SwitchingRBW SwitchingNoise (DANL)Impedance MismatchCalibrator AccuracyPSA幅度测量总误差幅度测量总误差 0.07 dB 0.2 dB 0.5 dB 0.07 dB -153 dBm 1.2:1 0.3 dB 0.35 dBl内部自校内部自校l设置参考电平，使信号尽量接近参考电平位置设置参考电平，使信号尽量接近参考电平位置l频响误差修正频响误差修正PSA 参考源性能：参考源性能：SPANF1 (Start)F2 (Stop)5MHz30kHz

31、RBW)()(10/2110) 1(log10fIifIiPiNBWNbuckSpanPowerChannelNBW:等效噪声带宽等效噪声带宽主通道间隔通道上边带相邻通道上边带信道间隔MCPASout = Gdut (Sin + Din + Nin ) + Ddut_out + Ndut_outSin + Din + NinSout = (1-K) * Gdut (Sin + Din + Nin ) + Ddut_out + Ndut_out6dB3dBdB above average power9dBAvg power信号瞬时功率超过信号瞬时功率超过平均功率比值平均功率比值出现概率出现概率A

32、mplifier Gain vs Input Power(with CW signal)2121.52222.52323.52424.52525.5-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10Input Power (dBm)Amplifier Gain (dB)Input signal CCDF被测件压缩性能检测被测件压缩性能检测Input signal CCDF系统动态范围指标制定系统动态范围指标制定s 单次扫描单次扫描s 提高扫描速度提高扫描速度s 最大保持功能最大保持功能L (f)） One-button PN log plot DANL display One-

33、button single freq. PN (real-time) Carrier freq. drifting DDrms =VNrmsVSrms x=FGkTB2PsG DDrmstotal = DD rms + DD rms2221=FkTBPsS (f) =DD rms(f)B =FkTPsradHz 22radS (f)APhase Jitter = AResidual FM =BHz2Bf S (f)df2 L(f) = S(f)/2VNrmsfmfoDDrmsVSrms xClientServerGPIBInternet/ Intranet E2050ALAN-GPIB Gat

34、ewayLANPSAApplicationCOMVXI Plug N PlayUNIXMS WindowsGPIBLANVXI硬件接口操作系统SICLVISAI/O 接口SCPI编程界面Register BasedInstruments仪表应用测试程序界面A AM M , , P Pu ul ls se eF FM MP PM MV= V(t) si n (t)V= V(t) si n2 f(t) + (t)AMFMPMQAM定义定义AM信号的参数信号的参数VoltageTimeCarrierModulationlLinear AMlLog AM l载波频率载波频率l功率功率l调制信号频率调制

35、信号频率l调制指数调制指数l精度精度SUM VS TIMEE MAXE MINm/2 EcEc.f + fcmf - fcm 矢量矢量 时域时域 频域频域 E max - E minE max + E min 1 - E min/E max1 + E min/E maxm = 2 E SBEc%AMdB 100%50%10%5%1%-6dBc-12dBc-26dBc-32dBc-46dBcAM% = 200 x 10-( dB/20)mordB = 20 log (m/2)=MARKER 1 kHz-26 dB10 dB/dBc =20 log(m/2)AM% =200 10CENTER 10

36、0 MHzSPAN 10 kHzdBc/20. l Zero Spanl RBW，VBW 尽量设尽量设大大l 幅度线性显示幅度线性显示稳定显示稳定显示扫描时间调整扫描时间调整 触发调整触发调整 频谱仪为频谱仪为时域测量状态时域测量状态，作为工作在作为工作在Center frequency， 带宽为带宽为RBW的接收机的接收机 显示显示信号包络波形信号包络波形VoltageTimeV= V(t) sin 2 f t + m(t)cl载波频率载波频率l功率功率l调制频偏调制频偏l调制信号频率调制信号频率l调制指数调制指数l精度精度定义定义FM信号的参数信号的参数F /FdevmodDl调制指数调制

37、指数VoltageTime = D peakV= V(t) sin 2 f t + m(t)c J0J1 J1J2J2J3J3频率频率幅度幅度FM/PM 信号载波及各阶调制边带功率关系符合各阶信号载波及各阶调制边带功率关系符合各阶贝塞尔函数贝塞尔函数规律规律 0.02.04.06.08.09.9-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J105.52Bessel 零点2.4 FM 信号带宽信号带宽 = 2 （ 调制频偏调制频偏 + 调制信号频率调制信号频率）LINCENTER 100 MHzRES BW 1 MHzSPAN 0 Hz-Habe

38、rly 法法n+1nn-1 Res BW fmod = nn2VHaberleys FormulaV V Vnn + 1n-1V + Vn + 1n-1 载波处：载波处：n=0 = Haberleys Formula2 2 85.799.88 + 39.76 = 2.45n12339.76 mv85.7 mv99.88 mvV V Vnn + 1n-1n-1n + 1. .Haberly 法法测量测量举例举例AM SignalFM Signal2fpeakTimePulseOn/Off ratioRisetimeRate=1/TTWidthPower1/TPower1-l载波频率载波频率l功率

39、功率l脉冲宽度脉冲宽度l脉冲重复周期脉冲重复周期 Tl上升上升/下降时间下降时间l开关比开关比l精度精度定义定义信号的参数信号的参数1（脉冲重复频率（脉冲重复频率PRF=1/T） 1T= PRFf of +o1/ f +o2/ f -o1/ f -o2/ Res BW PRFRBW 30 kHz VBW 3 kHz VBW 1 MHz RBW 30 kHzSWP 1 sec=1Mainlobe width2Mainlobe widthPulse Repetition Frequency = 1SPAN 0 HzRBW 30 kHzVBW 1 MHzSWP 50 msMKR1 msRBW 30 kHz VBW 1 MHz SWP 50 msSPAN 3 MHzPeak Pulse Powerpi= 20 log( B)Main Lobe Amplitude.-26.9 dBMKRLIN*DISPLAY LINESPAN 0 HZRES BW 100 KHZVBW 3MHZSWP 60 uSECRES BW 3 MHZRBW= 3MHzRBW= 3MHz Option 226, phase noise(5988-3698EN) Option 219, noise figure(59