許多新興應用要求功能強大的射頻分析工具，除傳統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，其可能會在瞬間發生動態變化。這些活動可能會產生自己的負面效應，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字射頻中的關鍵特性，還回顧和比較了發現、觸發、捕獲和分析信號的方法。

射頻傳輸類別

數字射頻的革命帶來了市場上種類豐富的低成本低功耗器件，如將整個通信系統都集成到一塊集成電路中的單芯片產品等。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更高的數據速率，同時需要復雜的通信協議，允許各種射頻設備和系統實現和平共存。

通信協議的一個關鍵目標是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數據包，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。這就產生了多種射頻傳輸類別，包括：

* 傳輸打開的時間很短，只在發送數據單元時打開，一旦數據發送完畢，就會釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸的時間關系是未知的、隨機的。

* 系統與超寬帶（UWB）和碼分多址（CDMA）同時共享相同的頻譜。

* 認知無線電（CR）調節頻率、調制和功率，以便對某個時間點和位置的頻譜環境做出反應。

* 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的數字CPU共享相同的集成電路。

射頻測量挑戰

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在比較穩定、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字射頻設計要求的能力。

掃頻分析儀

傳統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據，要求輸入信號相對穩定、不會發生變化。

圖1 掃頻分析儀步進通過一系列頻段，經常會漏掉當前掃描頻段外面發生的重要瞬時事件

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，滿足了數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化的。它捕獲整個信號及在某個時間點上發生的任何數字調制效應，快速提供許多關鍵調制參數的讀數，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對信號進行數字轉換。這可以實時觸發頻域事件，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的數字射頻結構在測量期間可以連續捕獲信號，然后作為無縫的連續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化的射頻信號分析儀，即頻率、功率（幅度）和時間。

清楚地顯現問題

認識到存在問題只是解決問題的第一步。與數字射頻有關的問題通常會以間接方式顯現。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據丟失，給鄰道帶來瞬間干擾。執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現問題，泰克已經研制出數字熒光或DPX技術，仿真可變余輝CRT。泰克實時頻譜分析儀中采用的數字熒光頻譜分析實現方案把顯示處理與專用DSP硬件結合在一起，執行頻率變換的速度要比傳統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。余輝調節允許用戶針對變化的信號條件優化顯示特點，從動態信號的實地射頻視圖，直到發現只發生一次的事件。它可以揭示傳統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、捕獲和分析功能。

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