一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置及方法與流程
2023-11-04 13:50:17
本發明涉及測試技術領域，特別涉及一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置，還涉及一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的方法。
背景技術：
在放大器、混頻器、變頻器等有源器件的研發和生產過程中，工程師不僅要測量其s參數、增益、回波損耗、群時延等網絡參數，而且，因為大多數有源器件都是非線性的，它們除了產生有用的頻率信號之外，往往還會產生額外的有害頻率，這些有害頻率會影響到整個系統的性能指標，如動態範圍、靈敏度等，因此工程師還需要對有源器件輸出的頻譜進行測量，以確定有害頻率產生的原因並予以消除。
目前，對有源器件進行網絡參數測量和頻譜測量的方法採用「網絡分析儀+信號源+頻譜分析儀」的方案，即用矢量網絡分析儀進行網絡參數測量，然後用信號源和頻譜分析儀進行頻譜測量。
傳統的「網絡分析儀+信號源+頻譜分析儀」方案，需要將被測件在不同儀器間進行多次連接，不僅費時費力，而且需要購買多臺價格昂貴的微波測量儀器。
技術實現要素：
針對上述現有技術方案存在的缺陷，本發明給出了一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置及方法，實現了在單一的矢量網絡分析儀中進行高性能網絡參數測量和頻譜測量，簡化了用戶測量操作的複雜度，節省了測量時間，降低了採購微波儀器的成本。
本發明的技術方案是這樣實現的：
一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置，包括：中頻調理單元、模數轉換單元、數位訊號處理單元、可編程時鐘生成單元；
中頻調理單元通過微帶線分別與模數轉換單元、數位訊號處理單元相連；模數轉換單元通過微帶線分別與中頻調理單元、數位訊號處理單元以及可編程時鐘生成單元相連；數位訊號處理單元通過微帶線分別與中頻調理單元、模數轉換單元以及可編程時鐘生成單元相連；可編程時鐘生成單元通過微帶線分別與模數轉換單元以及數位訊號處理單元相連；數位訊號處理單元還與上位機相連；
中頻調理單元對進入裝置的中頻信號進行放大、濾波；
模數轉換單元將調理後的中頻信號進行模數轉換，得到高速串行採樣信號；
數位訊號處理單元將採樣信號進行串並轉換，然後進行數字下變頻、數字濾波、頻譜分析；
可編程時鐘生成單元能夠給模數轉換單元提供可編程的差分採樣時鐘。
可選地，當進行頻譜分析測量時，用戶通過上位機的操作界面設置參數信息，數位訊號處理單元接收到用戶設置參數信息後進行解碼並對相應硬體單元進行控制：通過控制可編程時鐘生成單元輸出的時鐘頻率來改變模數轉換單元的採樣時鐘，從而實現用戶設置的解析度帶寬；根據用戶的設置對中頻調理單元進行中頻濾波器帶寬的選擇以及中頻增益的控制。
可選地，所述中頻信號在中頻調理單元中首先經過了中頻放大器，該放大器的增益值由用戶設置或者根據接收到的中頻信號大小自動調整增益值；
放大後的中頻信號經過中頻濾波器，該中頻濾波器由2個低通濾波器組成，由二選一開關進行選擇，以實現用戶設置的中頻濾波器帶寬；
經過中頻濾波器的單端中頻信號被差分放大器調理成差分信號，並送到模數轉換單元進行模數轉化。
本發明還提出了一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的方法，步驟如下：
步驟(a1)，初次啟動後，在數位訊號處理單元的控制下，對各個硬體單元進行初始化；
步驟(a2)，用戶在上位機設置相應參數信息；
步驟(a3)，數位訊號處理單元接收用戶設置參數信息並解碼、控制；
步驟(a4)，中頻信號被中頻調理單元接收並進行放大、濾波；
步驟(a5)，可編程時鐘生成單元在數位訊號處理單元的控制下，輸出相應的差分時鐘，並提供給模數轉換單元作為採樣時鐘，實現了用戶設置的解析度帶寬；
步驟(a6)，模數轉換單元接收中頻調理單元調理後的高信噪比的模擬中頻信號，並將其採樣、保持、量化，輸出2路高速串行差分信號及其同步時鐘；
步驟(a7)，數位訊號處理單元接收模數轉換單元的採樣信號，對其進行數位訊號處理，並執行相應的頻譜分析，最後將頻譜分析結果發送給上位機，以供用戶查看和使用。
可選地，所述步驟(a1)中的初始化步驟具體包括：初始化中頻調理單元的中頻放大器，初始化中頻濾波器，初始化可編程時鐘單元，模數轉換單元被初始化為輸出2路串行差分信號。
可選地，所述步驟(a3)中，具體處理步驟為：
步驟(a301)，數位訊號處理單元接收用戶設置的頻譜測量信息；
步驟(a302)，將用戶設置信息解碼成相應的控制指令；
步驟(a303)，依據控制指令對相應硬體單元進行重新設置；
步驟(a304)，重新設置完成後，開始接收並處理中頻信號。
可選地，所述步驟(a4)中，具體處理步驟為：
步驟(a401)，中頻信號在中頻調理單元中首先經過了中頻放大器，該放大器的增益值由用戶設置或者根據接收到的中頻信號大小自動調整增益值，以保證在提高信噪比的同時不會產生增益壓縮；
步驟(a402)，放大後的中頻信號經過中頻濾波器，該中頻濾波器由2個低通濾波器組成，由二選一開關進行選擇，以實現用戶設置的中頻濾波器帶寬；
步驟(a403)，經過中頻濾波器的單端中頻信號被差分放大器調理成差分信號，並送到模數轉換單元進行模數轉化。
可選地，所述步驟(a7)中，其具體處理步驟為：
步驟(a701)，數位訊號處理單元首先將接收到的採樣信號進行串並轉換，以實現高速串行差分信號轉換成較低速率的並行信號；
步驟(a702)，對並行信號進行數字下變頻、數字濾波處理，得到數字濾波結果；
步驟(a703)，對數字濾波結果進行頻譜分析運算；
步驟(a704)，將頻譜分析結果發送給上位機，以供用戶查看和使用。
本發明的有益效果是：
(1)只需要用戶在單一的矢量網絡分析儀中進行一次連接，即可對被測件進行高性能網絡參數測量和頻譜測量，簡化了用戶測量操作的複雜度，減少了測量時間；
(2)與信號源和頻譜儀的昂貴採購成本相比，本發明實現的頻譜分析功能以較高的性價比滿足了那些對採購成本很敏感的中小型企業的需求；
(3)本發明裝置的頻譜雜散測量結果與獨立的頻譜分析儀的測量結果具有高度一致性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置的原理框圖；
圖2為本發明的中頻調理單元的原理框圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
目前，在對被測件進行網絡參數測量和頻譜測量時只能採用「網絡分析儀+信號源+頻譜分析儀」的方案來實現，需要將被測件在不同儀器間進行多次連接，不僅費時費力，而且需要購買多臺價格昂貴的微波測量儀器。
本發明給出了一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置及方法，實現了在單一的矢量網絡分析儀中進行高性能網絡參數測量和頻譜測量，減少了用戶的測量時間，降低了採購微波儀器的成本。
如圖1所示，本發明給出的一種在矢量網絡分析儀上實現頻譜分析功能的裝置，包括：中頻調理單元、模數轉換單元、數位訊號處理單元、可編程時鐘生成單元。
中頻調理單元對進入本發明裝置的中頻信號進行放大、濾波等調理。
模數轉換單元將調理後的中頻信號進行模數轉換，得到高速串行採樣信號。
數位訊號處理單元能夠將採樣信號進行串並轉換，然後進行數字下變頻、數字濾波、頻譜分析等數字處理。
可編程時鐘生成單元能夠給模數轉換單元提供可編程的差分採樣時鐘。
當進行頻譜分析測量時，用戶通過上位機的操作界面設置解析度帶寬、中頻濾波器帶寬、中頻增益等參數。數位訊號處理單元接收到用戶設置信息後進行解碼並對本發明裝置的相應硬體單元進行控制：通過控制可編程時鐘生成單元輸出的時鐘頻率來改變模數轉換單元的採樣時鐘，從而實現用戶設置的解析度帶寬；根據用戶的設置對中頻調理單元進行中頻濾波器帶寬的選擇以及中頻增益的控制。
中頻調理單元通過微帶線分別與模數轉換單元、數位訊號處理單元相連；模數轉換單元通過微帶線分別與中頻調理單元、數位訊號處理單元以及可編程時鐘生成單元相連；數位訊號處理單元通過微帶線分別與中頻調理單元、模數轉換單元以及可編程時鐘生成單元相連；可編程時鐘生成單元通過微帶線分別與模數轉換單元以及數位訊號處理單元相連；另外，數位訊號處理單元還與上位機相連。
基於上述裝置，本發明在矢量網絡分析儀上通過以下方法實現了頻譜分析功能，步驟如下：
步驟(a1)，初次啟動本發明的裝置後，在數位訊號處理單元的控制下，對各個硬體單元進行初始化。
步驟(a2)，用戶根據自己的頻譜測量需求在上位機的用戶交互界面設置相應參數，如解析度帶寬、中頻濾波器帶寬、中頻增益、測試頻率、功率等參數。
步驟(a3)，數位訊號處理單元接收用戶設置信息並解碼、控制。
步驟(a4)，中頻信號被中頻調理單元接收並進行放大、濾波等調理，以提高中頻信號的信噪比。
步驟(a5)，可編程時鐘生成單元在數位訊號處理單元的控制下，輸出相應的差分時鐘，並提供給模數轉換單元作為採樣時鐘，實現了用戶設置的解析度帶寬。
步驟(a6)，模數轉換單元接收中頻調理單元調理後的高信噪比的模擬中頻信號，並將其採樣、保持、量化，輸出2路高速串行差分信號及其同步時鐘。
步驟(a7)，數位訊號處理單元接收模數轉換單元的採樣信號，對其進行數位訊號處理，並執行相應的頻譜分析，最後將頻譜分析結果發送給上位機，以供用戶查看和使用。
如上面實施步驟(a1)所述，初始化步驟包括：初始化中頻調理單元的中頻放大器，初始化中頻濾波器，初始化可編程時鐘單元，模數轉換單元被初始化為輸出2路串行差分信號。
下面給出初始化步驟的一個具體實施例，該實施例中，具體初始化步驟為：
步驟(a101)，中頻調理單元的中頻放大器被初始化為小增益，例如10db，中頻濾波器帶寬初始化為15mhz；
步驟(a102)，可編程時鐘單元被初始化為輸出120mhz的差分時鐘；
步驟(a103)，模數轉換單元被初始化為輸出2路420mhz的串行差分信號。
如上面實施步驟(a3)所述，其具體處理步驟為：
步驟(a301)，數位訊號處理單元接收用戶設置的頻譜測量信息；
步驟(a302)，將用戶設置信息解碼成相應的控制指令；
步驟(a303)，依據控制指令對本裝置的相應硬體單元進行重新設置；
步驟(a304)，重新設置完成後，開始接收並處理中頻信號。
如上面實施步驟(a4)所述，如圖2所示，其具體處理步驟為：
步驟(a401)，中頻信號在中頻調理單元中首先經過了中頻放大器，該放大器的增益值可由用戶設置，也可根據接收到的中頻信號大小自動調整增益值，以保證在提高信噪比的同時不會產生增益壓縮；
步驟(a402)，放大後的中頻信號經過中頻濾波器，該中頻濾波器由帶寬分別是15mhz和38mhz的2個低通濾波器組成，由可控的二選一開關裝置進行選擇，以實現用戶設置的中頻濾波器帶寬；
步驟(a403)，經過中頻濾波器的單端中頻信號被差分放大器調理成差分信號，並送到模數轉換單元進行模數轉化。
如上面實施步驟(a7)所述，其具體處理步驟為：
步驟(a701)，數位訊號處理單元首先將接收到的採樣信號進行串並轉換，以實現高速串行差分信號轉換成較低速率的並行信號；
步驟(a702)，對並行信號進行數字下變頻、數字濾波等數字處理，得到數字濾波結果；
步驟(a703)，對數字濾波結果進行頻譜分析運算；
步驟(a704)，將頻譜分析結果發送給上位機，以供用戶查看和使用。
本發明的裝置及方法只需要用戶在單一的矢量網絡分析儀中進行一次連接，即可對被測件進行高性能網絡參數測量和頻譜測量，簡化了用戶測量操作的複雜度，減少了測量時間；與信號源和頻譜儀的昂貴採購成本相比，本發明實現的頻譜分析功能以較高的性價比滿足了那些對採購成本很敏感的中小型企業的需求；本發明裝置的頻譜雜散測量結果與獨立的頻譜分析儀的測量結果具有高度一致性。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。