Spectrum高速数字化仪：从雷达脉冲测试到信号分析的广泛应用！

Spectrum高速数字化仪TS-M5i.33xx-x16系列具有七种型号，支持10 GS/s的最大采样率，可提供超过4.7 GHz的带宽和12位的分辨率，能广泛适用于各类射频和高速数字应用。技术工程师带您了解TS-M5i.33xx-x16系列高速数字化仪从从雷达脉冲测试到信号分析的广泛应用！

高速数字化仪TS-M5i.33xx-x16系列

应用1. 测量雷达脉冲

TS-M5i.33xx-x16系列的其中一种射频应用是雷达分析。图1显示了采集1 GHz相位调制雷达脉冲的示例。

图1：1 GHz相位调制雷达脉冲（左上）与解调相位信息（左下）；脉冲的频谱（右上）和频谱的水平扩展视图（右下）

雷达脉冲以Spectrum SBench 6测量软件上的最大采样率每秒10 GS/s进行采集。其中，相位调制是一种双相巴克码，旨在提高雷达的距离分辨率。它们是一系列不同长度的 +1 和 -1 数字的序列。采集的数据被传输到MATLAB进行相位解调，并将解调后的信号导入回SBench6。

Spectrum提供的软件开发工具包 （SDK）包括允许LabView和MATLAB等常用的第三方分析软件控制Spectrum数字化仪并与之通信的驱动程序。Spectrum数字化仪还可以通过PCI Express x16接口以高达12.8 GB/s 的速度将数据传输到PC系统，或直接传输到CUDA GPU进行自定义处理。这些接口提供了进一步高级分析的能力。

采集信号的快速傅立叶变换（FFT）显示了信号的频谱。它在1 GHz的载波频率处有一个峰值。载波频率处的FFT水平缩放扩展显示了相位调制导致的频谱展宽。

在这个应用中，长达8 GS的记录长度对于研究在10 GS/s最大采样率下，长达800 ms的跟踪历史也非常有用。测量脉冲的持续时间为20 us，在10 kHz脉冲重复频率下，每次记录可获得约8000个这样的脉冲。

应用2.分析正交调制通信信号

通信测量是Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪的另一个应用领域。大多数通信系统使用各种正交调制方案来有效地对数据进行编码。图2显示了对8PSK调制1 GHz载波的分析。

图 2：1 GHz 载波正交调制 8PSK 信号的时域和频谱分析。左上角的轨迹是获取的8PSK信号。右侧的轨迹是该轨迹的水平缩放。左下方的轨迹显示了信号的频谱。右侧的轨迹是信号频谱的扩展视图。

在Spectrum SBench 6软件界面的左上方，显示了采集到的20 us 8PSK信号的片段。轨迹的下方是信号的频谱，频谱显示了1 GHz载波频率的峰值及其调制包络。可以看到载波的三次谐波在 3 GHz 处，与载波峰值相比衰减了大约 36 dB。底部中心轨迹显示了频谱的扩展视图。光标测量了最接近载波频率的调制边带的偏移量。左侧信息面板中显示的光标读数表明边带偏移量为160 MHz。对于一个未经过滤的脉冲波形，调制包络会有一个 sin(x)/x 的形状。右下方的扩展频谱视图显示，8SPK信号经过带宽为20 MHz的升余弦滤波器进行了低通滤波。光标测量的是滤波器的标称带宽。调制信号频谱中高于20 MHz截止频率的频率被消除，因此边带只出现在载波的和采样零点的20 MHz范围内。

顶部中心轨迹是获取的信号时域的放大图。波动是由于数据调制造成的。两个相邻窄峰值之间的间距显示了40 MBaud的数据传输速率。调制边带之间的 160 MHz间距表示以四倍数据速率（即 160 MHz）进行额外的采样过程。观察右上方轨迹中8PSK信号的高度扩展视图，可以在相位终端之间看到信号粒度。光标设置为测量相位中断之间的时间周期，结果是6.2 ns，即频率为160 MHz。因此，40 MBaud调制被限制在20 MHz带宽内，并在 160 MHz 处再次采样后进行广播。

获取的射频载波使用专有的矢量信号分析软件在Spectrum SBench 6外部进行解调，然后将得到的同相和正交分量重新导入Spectrum SBench 6进行额外的分析和显示。图3提供了一个结果示例。

图 3：解调信号的同相 （I） 和正交 （Q） 分量。交叉绘制 I 和 Q 信号可生成状态转换或轨迹图。

I 分量显示在左上方的轨迹中，Q 分量显示在 I 分量的下方。

8PSK信号在每三个比特编码成一个符号，每个符号产生八个可能的数据值。I值和Q值转化为相位和幅度信息。每个状态的相位和幅度值都可以用I信号与Q信号的图（即星座图）来表示。状态转换图或轨迹图（右侧轨迹）显示了数据状态之间的转换路径，每条轨迹的起点和终点都是八个数据状态之一。数据状态出现在0、45、90、135、180、225、270和315度八个相位上。状态转换图提供了一种快速评估8PSK信号生成的方法。底层星座的不对称和偏斜表明信号生成存在误差。

应用3.分析DDR 2内存数据信号

Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪也可以采集高速数字物理层信号。数字信号的带宽取决于脉冲的上升时间，脉冲是时钟速率的函数。一般的经验法则是，测量系统的测量带宽应为数字系统的时钟频率的五倍。您可以在图4所示的示例中看到这一点，该示例显示了双倍数据速率（DDR 2）内存数据信号的采集和分析。DDR存储器使用时钟（clock）、选通（strobe）和数据（data）这三种数字信号对数据进行读取和写入设备。数据信号如图4所示。

图 4：DDR2内存的数据信号结构复杂，FFT频谱显示高达 3 GHz左右的能量

采集的数据信号显示在左上角的迹线中。左下角是信号的水平扩展视图。数据信号的FFT频谱如图中右侧图像所示。由于数字信号的脉冲性质，频谱具有Sin（x）/x包络。设备的时钟频率为333 MHz。DDR内存操作以两倍的时钟速率进行。频谱中的零点出现在 666 MHz 及其整数倍频率上，频谱显示出到大约 3 GHz 的大量能量。

END

综上所述，Spectrum TS-M5i.33xx-x16 系列数字化仪凭借其高性能和广泛的应用领域，为雷达脉冲测量、通信信号分析和高速数字信号采集提供了强大的工具。数字化仪的高采样率、宽频带和12位分辨率的特点，使得它们能够精确地捕捉和分析各种复杂的信号。无论是射频应用还是高速数字物理层信号的采集，Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪都能提供出色的性能和可靠性。随着技术的不断发展，这些采集器无疑将在未来的信号分析和测量领域发挥更加重要的作用。

审核编辑 黄宇