使用模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行射頻測量（RF）
現(xiàn)代模塊化、高速接口的高速數(shù)據(jù)采集卡能夠比以往同類產(chǎn)品提供更寬的帶寬,、更高的分辨率,。盡管模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡是通用目的的測量產(chǎn)品，但它們具有足夠的能力實(shí)現(xiàn)多種射頻（RF）和低頻微波測量,。這篇文章將重點(diǎn)介紹利用模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)一些常用射頻（RF）測量的例子,。
使用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行RF測量應(yīng)用的原因
在您的測量應(yīng)用中，模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡能夠提供明顯的優(yōu)勢,，如果您有以下方面的相關(guān)要求,。
您需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量么？
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)挠嬎銠C(jī),，并進(jìn)行相關(guān)處理和分析，同時實(shí)現(xiàn)了長時間數(shù)據(jù)采集存儲,，如使用磁盤陣列時,，存儲時間可達(dá)幾個小時以上。
您在芯片,、設(shè)備的故障檢測或測量過程中,需要做分析和處理么?
如果您需要測量,、分析和處理數(shù)據(jù)，那么模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡將是為理想的工具,。無論在使用商業(yè)還是個人定制數(shù)據(jù)分析軟件的情況下,，高速數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)的緊密搭配，都使得它們成為處理大量數(shù)據(jù)的極佳選擇,。高速數(shù)據(jù)采集卡提供了快速數(shù)據(jù)采集能力,，而臺式工具提供了數(shù)據(jù)分析必要的交互式界面瀏覽功能。
您需要在低電壓、較小的體積空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個通道的數(shù)據(jù)采集么,？
現(xiàn)代模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡的長處是,，每卡多通道、每系統(tǒng)多卡完全同步工作,。例如Spectrum M4i系列模塊化處理平臺,，可以擴(kuò)展模擬或數(shù)字通道的數(shù)量。以及模式波形生成功能,。這一特點(diǎn)使得高速數(shù)據(jù)采集卡成為多輸出多輸出（MIMO）研究和多路通信系統(tǒng)的理想工具,。
您需要控制應(yīng)用成本么？
在易用,、快速,、保證穩(wěn)定性的前提下，高速數(shù)據(jù)采集卡可助您實(shí)現(xiàn)每個采集通道低的成本,。
高速數(shù)據(jù)采集卡的選擇
射頻(RF)測量需要從三個關(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)采集卡必須有一個能夠匹配測量的頻率范圍,。第二是分辨率,其決定了測量的動態(tài)范圍,。后主要考慮的是數(shù)據(jù)傳輸速度,其影響測量的數(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),，會使用于不同背景下的射頻應(yīng)用,。
每一個模塊化的高速數(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)3.4 GByte/s,。其他同類的高速數(shù)據(jù)采集卡,可用傳輸速率則相對較低,。
表1 適用于射頻（RF）和微波測量的高速數(shù)據(jù)采集卡
動態(tài)范圍測量實(shí)例
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,。如果被測信號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)信號傳輸時,一般動態(tài)范圍的要求較低,。另一方面,如果信號的高和低組分混雜,，則需要更高的分辨率,。
軟件定義無線電(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簡單的天線進(jìn)行波形采集，并進(jìn)行顯示和處理的結(jié)果,。時間和頻域的波形視圖都顯示出這是一個高動態(tài)范圍的信號,。
圖1 高速數(shù)據(jù)采集卡采集高動態(tài)范圍信號圖像舉例
射頻測量（RF）
高速數(shù)據(jù)采集卡能夠測量、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,可以為特定的測量和分析操作編寫定制軟件。任何驅(qū)動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。這個信號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,，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）。測量信號的脈沖頻率,、周期,、寬度會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
正交調(diào)制信號
射頻領(lǐng)域經(jīng)常會用到多通道采集,、分析功能,，常見的是正交調(diào)制信號的分析?；鶐У?/span>I相和Q相信號集合可以調(diào)制射頻載波,。調(diào)制可能簡單的相位調(diào)制，或相位與幅度調(diào)制的結(jié)合,。圖4顯示了采集信號的QAM的I和Q組分,。在這個調(diào)制方案中，兩個串行數(shù)據(jù)流傳輸結(jié)合傳輸四個數(shù)據(jù)狀態(tài),，使得調(diào)制后信號具有十六個傳輸符號狀態(tài),。
圖3 高速數(shù)據(jù)采集卡正交調(diào)制信號應(yīng)用舉例
兩個右手網(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,，可以辨別出信號編碼的的十六個幅度/相位狀態(tài),。從圖中可以看出，有十二個相位狀態(tài)和45,135,、225和315 °相位狀態(tài)相同但振幅降低,。
頻率響應(yīng)測量
電路或設(shè)備的頻率響應(yīng)可以很容易通過使用兩個高速數(shù)據(jù)采集卡通道和寬帶信號源進(jìn)行估算。有三種類型的信號在一定頻率范圍內(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態(tài)范圍,。脈沖函數(shù)通常容易設(shè)置和使用,。白噪聲的動態(tài)范圍是低的。圖5是一個36MHz低通濾波信號的頻率響應(yīng)實(shí)例,。信號源是由一個帶寬為125Mhz的任意波形發(fā)生器的脈沖功能產(chǎn)生的,。
圖5 利用模塊化高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行頻率響應(yīng)估計的實(shí)例
左上網(wǎng)格圖中顯示了脈沖信號時域信息,，左下網(wǎng)格圖顯示的是輸入信號的FFT圖像，任意波形發(fā)生器的輸出響應(yīng)和脈沖功能的有限過渡時間決定了頻譜的形狀,。注意到信號的頻譜在50MHz之前是平坦的,，對于本實(shí)例來說是滿足要求的，右上網(wǎng)格圖顯示的是濾波器的時域輸出信號,，右下為其FFT圖像,，我們可以看到濾波響應(yīng)形狀。用鼠標(biāo)可以估計 -3dB點(diǎn)并計算帶寬,。
這是兩個基于多高速數(shù)據(jù)采集卡通道的射頻（RF）測量的簡單實(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)。這個優(yōu)勢可以拓展為多個數(shù)字轉(zhuǎn)換器通過Star-Hub聯(lián)系在一起,，實(shí)現(xiàn)單個系統(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)建了一個高達(dá)32個通道,、完全穩(wěn)定同步工作系統(tǒng)，取得了非常好的測量效果,。Star-Hub模塊為所有板卡分發(fā)觸發(fā)和時鐘信息,。使所有連接板的所用通道使用相同的時鐘和觸發(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)用一個或邏輯,，使得所有板卡的所有通道可同時成為觸發(fā)源。
多通道功能使得高速數(shù)據(jù)采集卡能夠?qū)崿F(xiàn)多個通道同時通信或創(chuàng)建天線和電波研究的測量通道陣列,。
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)用測試系統(tǒng)。
