使用模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行射頻測(cè)量（RF）

使用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行RF測(cè)量應(yīng)用的原因

基于PCIe傳輸總線的模塊化的高速數(shù)據(jù)采集卡可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)3.4Gbytes/s數(shù)據(jù)流速度,，能有快速將數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)處理和分析,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ),，如使用磁盤陣列時(shí)，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)幾個(gè)小時(shí)以上,。

您在芯片,、設(shè)備的故障檢測(cè)或測(cè)量過(guò)程中,需要做分析和處理么?

射頻(RF)測(cè)量需要從三個(gè)關(guān)鍵的方面選擇高速數(shù)據(jù)采集卡,。是帶寬。高速數(shù)據(jù)采集卡必須有一個(gè)能夠匹配測(cè)量的頻率范圍,。第二是分辨率,其決定了測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍,。后主要考慮的是數(shù)據(jù)傳輸速度,其影響測(cè)量的數(shù)據(jù)更新率,。表1總結(jié)了幾種Spectrum PCIe模塊壞高速數(shù)據(jù)采集卡的特點(diǎn)，會(huì)使用于不同背景下的射頻應(yīng)用,。

每一個(gè)模塊化的高速數(shù)據(jù)采集卡到主機(jī)使用接口均為PCIe X8系列總線,，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)3.4GByte/s。其他同類的高速數(shù)據(jù)采集卡,可用傳輸速率則相對(duì)較低,。

表1 適用于射頻（RF）和微波測(cè)量的高速數(shù)據(jù)采集卡

工程應(yīng)用往往要在分辨率和帶寬之間的進(jìn)行權(quán)衡,，工程應(yīng)用決定了選擇哪一款特定的高速數(shù)據(jù)采集卡。如果被測(cè)信號(hào)有較小比例的高幅度到低幅度頻域變化,，那么高速數(shù)據(jù)采集卡的分辨率可以低一些,。比如雷達(dá)信號(hào)傳輸時(shí),一般動(dòng)態(tài)范圍的要求較低。另一方面,如果信號(hào)的高和低組分混雜,，則需要更高的分辨率,。

軟件定義無(wú)線電(SDR)和雷達(dá)回波應(yīng)用中,均需高速數(shù)據(jù)采集卡具有大的動(dòng)態(tài)范圍。圖1顯示了M4i.4450-X8系列14位分辨率的高速數(shù)據(jù)采集卡輸入連接一個(gè)簡(jiǎn)單的天線進(jìn)行波形采集,，并進(jìn)行顯示和處理的結(jié)果,。時(shí)間和頻域的波形視圖都顯示出這是一個(gè)高動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)。

圖1 高速數(shù)據(jù)采集卡采集高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)圖像舉例

射頻測(cè)量（RF）

高速數(shù)據(jù)采集卡能夠測(cè)量,、處理和分析數(shù)據(jù),。例子中使用的是用戶定制軟件，第三方軟件,如MATLAB或LABVIEW也可以使用,。同樣,可以為特定的測(cè)量和分析操作編寫定制軟件,。任何驅(qū)動(dòng)程序軟件都能匹配到高速數(shù)據(jù)采集卡的特定應(yīng)用程序中。圖2中,，顯示了利用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行的一些基本射頻（RF）測(cè)量應(yīng)用,。

圖2中，顯示了利用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行的一些基本射頻（RF）測(cè)量應(yīng)用,。

如左上角網(wǎng)格所示波形,在雷達(dá)應(yīng)用中常見的1 GHz 脈沖調(diào)制正弦波,。這個(gè)信號(hào)可以直接輸入到高速數(shù)據(jù)采集卡,當(dāng)其頻率超出高速數(shù)據(jù)采集卡的帶寬頻率時(shí)，可以輸入下變頻器后再輸入到高速數(shù)據(jù)采集卡,。左下網(wǎng)格顯示獲得的頻譜波形（FFT）,。測(cè)量信號(hào)的脈沖頻率、周期,、寬度會(huì)在信息面板與脈沖圖像相關(guān)部位顯示,。

多通道采集和分析

射頻領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)用到多通道采集、分析功能,，常見的是正交調(diào)制信號(hào)的分析,。基帶的I相和Q相信號(hào)集合可以調(diào)制射頻載波。調(diào)制可能簡(jiǎn)單的相位調(diào)制,，或相位與幅度調(diào)制的結(jié)合,。圖4顯示了采集信號(hào)的QAM的I和Q組分。在這個(gè)調(diào)制方案中,，兩個(gè)串行數(shù)據(jù)流傳輸結(jié)合傳輸四個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài),，使得調(diào)制后信號(hào)具有十六個(gè)傳輸符號(hào)狀態(tài)。

圖3 高速數(shù)據(jù)采集卡正交調(diào)制信號(hào)應(yīng)用舉例

兩個(gè)右手網(wǎng)格顯示獲得I和Q成分,。如果這些成分繪制在x - y坐標(biāo)圖,，可以辨別出信號(hào)編碼的的十六個(gè)幅度/相位狀態(tài)。從圖中可以看出,，有十二個(gè)相位狀態(tài)和45,135,、225和315 °相位狀態(tài)相同但振幅降低。

電路或設(shè)備的頻率響應(yīng)可以很容易通過(guò)使用兩個(gè)高速數(shù)據(jù)采集卡通道和寬帶信號(hào)源進(jìn)行估算,。有三種類型的信號(hào)在一定頻率范圍內(nèi),表現(xiàn)出均勻振幅,。正弦掃頻、脈沖和白噪聲都有各自的頻譜響應(yīng),一定頻率范圍內(nèi)是均勻的,。正弦掃頻提供大的動(dòng)態(tài)范圍,。脈沖函數(shù)通常容易設(shè)置和使用。白噪聲的動(dòng)態(tài)范圍是低的,。圖5是一個(gè)36MHz低通濾波信號(hào)的頻率響應(yīng)實(shí)例,。信號(hào)源是由一個(gè)帶寬為125Mhz的任意波形發(fā)生器的脈沖功能產(chǎn)生的。

這是兩個(gè)基于多高速數(shù)據(jù)采集卡通道的射頻（RF）測(cè)量的簡(jiǎn)單實(shí)例,，利用了高速數(shù)據(jù)采集卡的多通道數(shù)據(jù)采集完全同步的特點(diǎn),。這個(gè)優(yōu)勢(shì)可以拓展為多個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器通過(guò)Star-Hub聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)單個(gè)系統(tǒng)多8塊板卡同步相位穩(wěn)定工作,。例如,在一次工程應(yīng)用中,，北京坤馳科技有限公司利用Star-Hub模塊將8塊高速數(shù)據(jù)采集卡連接在一起，創(chuàng)建了一個(gè)高達(dá)32個(gè)通道,、完全穩(wěn)定同步工作系統(tǒng),，取得了非常好的測(cè)量效果,。Star-Hub模塊為所有板卡分發(fā)觸發(fā)和時(shí)鐘信息,。使所有連接板的所用通道使用相同的時(shí)鐘和觸發(fā),，通道之間沒有任何相位延遲。所有觸發(fā)源可以結(jié)合運(yùn)用一個(gè)或邏輯,，使得所有板卡的所有通道可同時(shí)成為觸發(fā)源,。

模塊化的高速數(shù)據(jù)采集卡為射頻應(yīng)用（RF）提供顯著的測(cè)量能力,其帶寬高達(dá)1.5 GHz,，功能多樣,尺寸緊湊,多通道功能可以組合成強(qiáng)大的射頻（RF）應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng),。

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