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发布时间: 2018 - 10 - 10
噪声是电子电路的特性之一它会导致发射机和接收机之间有用信息的随机干扰会影响无线系统的整体性能信号/频谱分析仪是宽带接收机内部噪声会影响极低幅度信号的测量如何解决呢?今天我们为大家带来解决方案帮助大家提高小信号测量的灵敏度和精度尤其针对噪声附近的信号得益于是德科技 X 系列信号分析仪新增加的测量迹线设置表功能让实验更快的达到测量目的图 1:调整分析仪的设置,可以改善该仪器的本底噪声减小分辨率带宽当分辨率带宽从100 kHz 减少至 10 kHz 时,图 1 中 蓝色迹线 的本底噪声降低了 10 dB。 通过这种技巧可以进一步降低本底噪声。减小频谱仪的衰减通过手动的方式,将分析仪的输入衰减器下调至 0 dB,图 1 中的 红色迹线 显示了设置为 0 dB 衰减后,改善的本底噪声。使用前置放大器配置前置放大器,如图 1 中 绿色迹线 所示,前置放大器改善了系统的噪声系数,降低了本底噪声。是德科技 X 系列信号分析仪具备本底噪声扩展(NFE)功能可以提高分析仪的灵敏度打开NFE,剔除频谱仪自身的噪声NFE 能够识别电流仪表状态信号中的噪声,并可以自动将其从实时频谱结果的测量中删去。图1 中的 红色迹线 显示,应用 NFE 进行测量,可以使本底噪声额外降低8dB。NFE 将有效本底噪声改善了 10 dB使用“过扫描”功能加速扫描使用全数字中频“过扫描”技巧能够显示数字分辨率带宽响应的特点,并纠正这些错误,从而获得更快的扫描速率,取决于特定的设置,扫描时间可以从秒级缩短到毫秒级。“过扫描”对分辨率带宽滤波器产生的影响
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如何了解数字信号频谱和带宽?

日期: 2016-03-06
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要进行数字信号的分析,首要的原因是真实传输的高速数字信号已经远远不是教科书里理想的0/1电平。真实的数字信号传输过程中一定会有一些(甚至很严重的)失真和变形。如下图所示红色是我们期望的理想的数字信号波形,而黄色的则可能是真实的信号波形,可以看到信号上已经由于震荡(通常由于阻抗匹配不好)已经发生了较大变形。其实在高速的情况下这已经是比较好的信号波形了,很多时候信号的波形会比这个更加恶劣。


1.png 

 要进行数字信号的研究,首先要得到真实的数字信号波形,这就涉及到使用的测量仪器问题。观察电信号的波形的最好工具是示波器,当信号速率比较高时,一般所需要的示波器带宽也更高。如果使用的示波器带宽不够,信号里的高频成分会被滤掉,观察到的数字信号也会产生失真。很多数字工程师会习惯用谐波来估算信号带宽,但是这种方法不太准确。


 对于一个理想的方波信号,其上升沿是无限陡的,从频域上看它是由无限多的奇数次谐波构成的,因此一个理想方波可以认为是无限多奇次正弦谐波的叠加。

 

 

2.png

 但是对于真实的数字信号来说,其上升沿不是无限陡,因此其高次谐波的能量会受到限制。比如下图是用同一个时钟源分别产生的50Mhz和250MHz的时钟信号的频谱,我们可以看到虽然输出时钟频率不一样,但是信号的主要频谱能量都集中在5GHz以内,并不见得250MHz的频谱分布就一定比50MHz的大5倍。


3.png

 

对于真实的数据信号来说,其频谱会更加复杂一些。比如伪随机序列(PRBS)码流的频谱的包络是一个Sinc函数。下图是用同一个发射机分别产生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信号的频谱,我们可以看到虽然输出数据速率不一样,但是信号的主要频谱能量都集中在4GHz以内,也并不见得2.5Gbps信号的高频能量就比800Mbps的高很多。


4.png

 

上面的两张图都是借助于频谱仪测量得到的。虽然现代的数字示波器都已经具备了数字FFT的功能可以帮助用户观察信号频谱,但是由于ADC位数和动态范围的限制,频谱仪仍然是对信号能量的频率分布进行分析的最准确的工具,所以数字工程师可以借助于频谱分析仪对被测数字信号的频谱分布进行分析。当没有频谱仪可用时,我们通常根据数字信号的上升时间去估算被测信号的频谱能量。


Maximum signal frequency content = 0.4/fastest rise or fall time (20 - 80%)

Or

Maximum signal frequency content = 0.5/fastest rise or fall time (10 - 90%)

 

  注:历史上有很多根据数字信号的上升时间估算带宽的估算公式,上面提供的公式是对于高速数字信号进行带宽估算最常用的方法。这个公式来源于霍华德先生写的《高速数字设计》这部经典的信号完整性书籍。关于其具体的来源和含义也可以参考本人刚出版的《高速数字接口原理与测试指南》一书。

 

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