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射頻信號(hào)源基本原理
閱讀：2749 發(fā)布時(shí)間：2021-4-15
射頻信號(hào)源顧名思義就是產(chǎn)線(xiàn)射頻信號(hào)的一個(gè)源，或者說(shuō)是一臺(tái)儀表。有些地方可能會(huì)稱(chēng)作矢量射頻信號(hào)源，我們一般將只能產(chǎn)生模擬射頻單頻信號(hào)且無(wú)法產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的這一類(lèi)儀表稱(chēng)作信號(hào)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(lèi)的簡(jiǎn)單信號(hào)，也可稱(chēng)作為是任意波形發(fā)生器。
真正意義上的信號(hào)源是用于產(chǎn)生矢量信號(hào)，即數(shù)字通信中常用的調(diào)制信號(hào)，支持如 l/Q 調(diào)制：ASK、FSK、MSK、PSK、QAM、AM、FM、脈沖信號(hào)等。
比如說(shuō) Rigol 的 DSG 系列。
通過(guò)下面框圖可以簡(jiǎn)單的看一看射頻信號(hào)源的原理。
信號(hào)流程從左至右首先看到的是一個(gè) DDS 以及連接到它的 10M TCXO（或者也可以叫 OCXO），先來(lái)看這個(gè) DDS。
DDS 直接數(shù)字合成
DDS 是直接數(shù)字合成技術(shù)，簡(jiǎn)單講也就是頻率合成技術(shù)。通過(guò)由混頻器、倍頻器和分頻器等組成，對(duì)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(guò)放大、濾波后分離選出需要的頻率信號(hào)。
DDS 通常是輸出一個(gè)頻率比較小的信號(hào)，跟 10M 參考信號(hào)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(gè)就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 10MHz 的參考信號(hào)，一般在儀表的背部都會(huì)有一個(gè) 10MHz IN 和 10MHz OUT 兩個(gè)接口，用于將兩臺(tái)儀表時(shí)鐘同步。
在這里 10MHz 主要是提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考信號(hào)，在此功能的板端都會(huì)有一個(gè)內(nèi)置的頻率參考源用以輸出 10M 信號(hào)（如下圖），而上圖所示主要是起外部時(shí)鐘同步信號(hào)作用。
除了上述兩種以外，還有第三種，有些儀表的選配項(xiàng)包括一個(gè) 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(lái)添加，它一般通過(guò)儀表的背部接口處直接插入就好，比較方便，儀表廠(chǎng)商會(huì)重新針對(duì)頻率項(xiàng)進(jìn)行復(fù)測(cè)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(guò)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(shí)。
壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路，其實(shí)也就是產(chǎn)生一個(gè)范圍的頻率區(qū)間。一部分頻率會(huì)通過(guò)【P/D】鑒相器與 DDS 和 10M 參考信號(hào)混頻而來(lái)的一路信號(hào)進(jìn)行鑒相，鑒相器的主要功能就是將兩路信號(hào)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(guò)是通過(guò)下面兩張圖都有的一個(gè)器件：Divider 來(lái)操作的。
鑒相完以后的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有些儀表可能會(huì)需要倍頻，這個(gè)時(shí)候就會(huì)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(gè)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(gè) 9k~4GHz 的一個(gè)低頻信號(hào)，然后通過(guò)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(duì)于工程師而言在排查一些問(wèn)題的時(shí)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(duì)一些頻率較高的儀表會(huì)使用。
IQ 調(diào)制
對(duì)于支持內(nèi)外 IQ 調(diào)制功能的儀表會(huì)多一塊 IQ 的板子，主要負(fù)責(zé)調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生。在儀表的背部會(huì)有 I IN、I OUT、Q IN、Q OUT 四個(gè) BNC 接口用以連接外部調(diào)制信號(hào)。
另外一種是儀表自帶的內(nèi)部 IQ 調(diào)制功能，用戶(hù)可選擇內(nèi)部和外部?jī)煞N 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(fèi)的 Ultra IQ Station 用于方便的生成矢量信號(hào)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(hào)，所有調(diào)制都支持內(nèi)部和外部調(diào)制源。
接下來(lái)信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)叫 ALC 的環(huán)路
ALC（Automatic Level Control）自動(dòng)電平控制，是針對(duì)由于器件本身變化,環(huán)境引起工作點(diǎn)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(dòng)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(hào)源的幅度輸出值測(cè)試過(guò)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(dòng)感知這個(gè)變化調(diào)整回路的參數(shù)，使得功率維持正常數(shù)值。
實(shí)現(xiàn)上述這個(gè)過(guò)程中通常 ALC 電路會(huì)搭配可調(diào)衰減器來(lái)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(shí)還包含有如指數(shù)放大、比較積分、零點(diǎn)調(diào)節(jié)、對(duì)數(shù)放大、檢波、功率分配等電路，整個(gè)過(guò)程還是挺復(fù)雜的，這里以后慢慢講。
在信號(hào)流圖的最后面輸出之前會(huì)看到還有一個(gè) ATT 的圖示，這個(gè)是干什么的？
我們?cè)谑褂眯盘?hào)源的時(shí)候功率輸出幅度的范圍通常是很大的一個(gè)區(qū)間，以 Riogl 的 DSG 系列射頻信號(hào)源來(lái)說(shuō)，其幅度值最大在 -110dBm~+20dBm，可是通過(guò) 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(huì)再加一個(gè)單獨(dú)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(kāi)關(guān)組成，通過(guò)不同路徑的組合達(dá)到衰減量變化的目的。
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