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射頻信號源基本原理
閱讀：2660 發(fā)布時間：2021-4-15
射頻信號源顧名思義就是產(chǎn)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(chǎn)生模擬射頻單頻信號且無法產(chǎn)生調(diào)制信號的這一類儀表稱作信號源，比如 Rigol 的 DG 系列。
它能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)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(fā)生器。
真正意義上的信號源是用于產(chǎn)生矢量信號，即數(shù)字通信中常用的調(diào)制信號，支持如 l/Q 調(diào)制：ASK、FSK、MSK、PSK、QAM、AM、FM、脈沖信號等。
比如說 Rigol 的 DSG 系列。
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 10M TCXO（或者也可以叫 OCXO），先來看這個 DDS。
DDS 直接數(shù)字合成
DDS 是直接數(shù)字合成技術(shù)，簡單講也就是頻率合成技術(shù)。通過由混頻器、倍頻器和分頻器等組成，對標(biāo)準(zhǔn)頻率源進(jìn)行加減乘除等必要的算術(shù)操作，再通過放大、濾波后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 參考信號混頻后降頻主要負(fù)責(zé)儀表的低頻段輸出，而高頻率部分由 VCO 輸出。
10M TCXO
這個就是一個標(biāo)準(zhǔn)的 10MHz 的參考信號，一般在儀表的背部都會有一個 10MHz IN 和 10MHz OUT 兩個接口，用于將兩臺儀表時鐘同步。
在這里 10MHz 主要是提供一個標(biāo)準(zhǔn)的參考信號，在此功能的板端都會有一個內(nèi)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(wěn)晶振，或者叫晶體諧振器，它的諧振頻率很穩(wěn)定，所以一般用于選件的方式來添加，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(jìn)行復(fù)測以確保頻率是穩(wěn)定且準(zhǔn)確的。
VCO
VCO 一般指壓控振蕩器，通過原理圖標(biāo)我們可以看出這種圖示一通常是源器件的標(biāo)識。
壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路，其實也就是產(chǎn)生一個范圍的頻率區(qū)間。一部分頻率會通過【P/D】鑒相器與 DDS 和 10M 參考信號混頻而來的一路信號進(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(tǒng)一，保持相位的一致性。VCO 鑒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。
鑒相完以后的標(biāo)準(zhǔn)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 的頻率范圍，在頻率合成單元可能只產(chǎn)生的是一個 9k~4GHz 的一個低頻信號，然后通過倍頻器，不段的往上倍頻以產(chǎn)生更高頻率的區(qū)間。
所以對于工程師而言在排查一些問題的時候，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使用。
IQ 調(diào)制
對于支持內(nèi)外 IQ 調(diào)制功能的儀表會多一塊 IQ 的板子，主要負(fù)責(zé)調(diào)制信號的產(chǎn)生。在儀表的背部會有 I IN、I OUT、Q IN、Q OUT 四個 BNC 接口用以連接外部調(diào)制信號。
另外一種是儀表自帶的內(nèi)部 IQ 調(diào)制功能，用戶可選擇內(nèi)部和外部兩種 IQ 調(diào)制方式，內(nèi)部 I+Q 調(diào)制帶寬達(dá) 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(biāo)配調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相等模擬調(diào)制方式，可選配脈沖調(diào)制及脈沖序列發(fā)生器自定義的脈沖序列，以及 I/Q 調(diào)制和 IQ 基帶發(fā)生器，可生成 QAM、ASK、PSK、FSK、MSK 等各種常用的調(diào)制信號，所有調(diào)制都支持內(nèi)部和外部調(diào)制源。
接下來信號會經(jīng)過一個叫 ALC 的環(huán)路
ALC（Automatic Level Control）自動電平控制，是針對由于器件本身變化,環(huán)境引起工作點變化等，在電路中加入的穩(wěn)定電平的電路。在一定范圍內(nèi)，ALC 電路自動糾正偏移的電平回到要求的數(shù)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，由于器件由冷變熱導(dǎo)致放大倍數(shù)變化功率偏離要求，ALC 電路自動感知這個變化調(diào)整回路的參數(shù)，使得功率維持正常數(shù)值。
實現(xiàn)上述這個過程中通常 ALC 電路會搭配可調(diào)衰減器來調(diào)整補(bǔ)償幅度值。
可調(diào)衰減器電路通常是由反向串聯(lián)的很多二極管組成。
ALC 電路其實還包含有如指數(shù)放大、比較積分、零點調(diào)節(jié)、對數(shù)放大、檢波、功率分配等電路，整個過程還是挺復(fù)雜的，這里以后慢慢講。
在信號流圖的最后面輸出之前會看到還有一個 ATT 的圖示，這個是干什么的？
我們在使用信號源的時候功率輸出幅度的范圍通常是很大的一個區(qū)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(diào)衰減器是不足以達(dá)到這么大的取值范圍，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，這里面是由不同大小的衰減器及直通開關(guān)組成，通過不同路徑的組合達(dá)到衰減量變化的目的。
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