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高性能信号记录和回放解决方案


  来源: 安立通讯科技Anritsu 时间:2021-12-17 编辑:清风
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概述


今天,随着测量仪表技术的发展,工程师已经能够在实验室使用一些测量仪表获得较真实的电磁测试环境,对产品的信号接收、抗干扰等性能进行更准确和全面的测试评估。


真实信号的模拟需要使用信号采集和回放设备。对于频率较低的信号采集,可以直接使用数据采集卡,如果频率高于6 GHz, 考虑到成本,以及ADC采集速率和位数的限制,通常会采用带下变频单元的信号分析仪替代,回放设备采用带I/Q调制器的矢量信号源。


信号采集


随着微波芯片和高速处理器的小型化发展,便携式信号分析仪的性能和测量速度已经有了飞跃性的提高,同时增加了更多的实用测量功能。不仅能够满足严苛的室外使用环境,也能够满足实验室内的常规测量要求,不仅降低了使用成本,还提高了使用效率。


安立企业最新的便携式信号分析仪平台Field Master Pro MS2090A,具备完整的IQ信号记录,以及频谱回放功能,拥有高达110 MHz采集带宽,最高频率达54 GHz。


图1 MS2090A 便携式高性能信号分析仪


MS2090A 采用高分辨率高带宽ADC作为中频采样处理前端,分辨率14 bit,单路I/Q最大采样率200MSPS。采用欠采样和抽样技术,提高ADC分辨率,改善信噪比,提高信号质量。


图2 MS2090A ADC path


采样率和I/Q比特关系


高的采样率,以及更多的I/Q bit 都能够显著降低ADC的量化噪声。但是,更高的采样率,或者更多的I/Q bit 意味着需要更快的总线传输速率,以及更大的磁盘空间。在实际应用中,需要平衡这两者的矛盾,以达到信号质量和数据总线传输速率的平衡。由于I/Q采样率仅仅需要等于信号的模拟带宽就足以重建信号。


安立工程师通过更多的实验数据表明,10bit的I/Q数据分辨率,在高于100MSPS的采样率对有效模拟带宽内的量化噪声有明显的优化作用。如果采样率进一步降低到12.5 MHz以下,32bit I/Q分辨率对量化噪声有更明显的改善。下表中给出了不同采样率,最优的I/Q bit设置,以及对应的数据块模式最大的存储深度。


表1 MS2090A最佳的采样率和I/Q bit设置


表2 不同采样率,I/Q分辨率对应的数据块模式存储深度(单位秒)


IQ信号输出和存储


Field Master Pro MS2090A支撑两种IQ数据输出模式。数据块(IQ Capture)模式和连续数据流(IQ Streaming)模式。


表3 两种信号存储模式的对比


图3 两种信号存储模式的输出示意图:(a) IQ数据块模式;(b) IQ数据流模式


由于连续数据流模式需要外部存储器配合,所以安立针对不同的信号测量需求,提供了一整套的解决方案。


方案一:使用外部高速USB 3.0 SSD,接收I/Q数据流。MS2090A拥有3个USB 3.0 Type A接口(文件传输,以及IQ data 输出),以及1个Type C接口 (支撑USB-TMC协议)。信号带宽受限于外部SSD的最高写入速率,例如使用SAMSUNG T5 SSD,ext4/exFAT 格式,最大写入速度为260 MB/s。如果以10bit  I/Q数据分辨率,采样率100MSPS模式下,理论最大可连续写入80 MHz 模拟带宽信号数据。


图4 配合外部SSD方案连接器图


关键词:高性能信号记录 回放 解决方案    浏览量:404

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