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德思特Spectrum高速數(shù)字化儀TS-M5i.33xx-x16系列具有七種型號,支持10 GS/s的最大采樣率,可提供超過4.7 GHz的帶寬和12位的分辨率,能廣泛適用于各類射頻和高速數(shù)字應用。德思特技術(shù)工程師帶您了解TS-M5i.33xx-x16系列高速數(shù)字化儀從從雷達脈沖測試到信號分析的廣泛應用!
德思特高速數(shù)字化儀TS-M5i.33xx-x16系列
一、應用1. 測量雷達脈沖
TS-M5i.33xx-x16系列的其中一種射頻應用是雷達分析。圖1顯示了采集1 GHz相位調(diào)制雷達脈沖的示例。
圖1:1 GHz相位調(diào)制雷達脈沖(左上)與解調(diào)相位信息(左下);脈沖的頻譜(右上)和頻譜的水平擴展視圖(右下)
雷達脈沖以德思特Spectrum SBench 6測量軟件上的最大采樣率每秒10 GS/s進行采集。其中,相位調(diào)制是一種雙相巴克碼,旨在提高雷達的距離分辨率。它們是一系列不同長度的 +1 和 -1 數(shù)字的序列。采集的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)組ATLAB進行相位解調(diào),并將解調(diào)后的信號導入回SBench6。
德思特Spectrum提供的軟件開發(fā)工具包 (SDK)包括允許LabView和MATLAB等常用的第三方分析軟件控制德思特Spectrum數(shù)字化儀并與之通信的驅(qū)動程序。德思特Spectrum數(shù)字化儀還可以通過PCI Express x16接口以高達12.8 GB/s 的速度將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C系統(tǒng),或直接傳輸?shù)紺UDA GPU進行自定義處理。這些接口提供了進一步高級分析的能力。
采集信號的快速傅立葉變換(FFT)顯示了信號的頻譜。它在1 GHz的載波頻率處有一個峰值。載波頻率處的FFT水平縮放擴展顯示了相位調(diào)制導致的頻譜展寬。
在這個應用中,長達8 GS的記錄長度對于研究在10 GS/s最大采樣率下,長達800 ms的跟蹤歷史也非常有用。測量脈沖的持續(xù)時間為20 us,在10 kHz脈沖重復頻率下,每次記錄可獲得約8000個這樣的脈沖。
二、應用2.分析正交調(diào)制通信信號
通信測量是德思特Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀的另一個應用領(lǐng)域。大多數(shù)通信系統(tǒng)使用各種正交調(diào)制方案來有效地對數(shù)據(jù)進行編碼。圖2顯示了對8PSK調(diào)制1 GHz載波的分析。
圖 2:1 GHz 載波正交調(diào)制 8PSK 信號的時域和頻譜分析。
左上角的軌跡是獲取的8PSK信號。
右側(cè)的軌跡是該軌跡的水平縮放。
左下方的軌跡顯示了信號的頻譜。
右側(cè)的軌跡是信號頻譜的擴展視圖。
在德思特Spectrum SBench 6軟件界面的左上方,顯示了采集到的20 us 8PSK信號的片段。軌跡的下方是信號的頻譜,頻譜顯示了1 GHz載波頻率的峰值及其調(diào)制包絡(luò)??梢钥吹捷d波的三次諧波在 3 GHz 處,與載波峰值相比衰減了大約 36 dB。底部中心軌跡顯示了頻譜的擴展視圖。光標測量了接近載波頻率的調(diào)制邊帶的偏移量。左側(cè)信息面板中顯示的光標讀數(shù)表明邊帶偏移量為160 MHz。對于一個未經(jīng)過濾的脈沖波形,調(diào)制包絡(luò)會有一個 sin(x)/x 的形狀。右下方的擴展頻譜視圖顯示,8SPK信號經(jīng)過帶寬為20 MHz的升余弦濾波器進行了低通濾波。光標測量的是濾波器的標稱帶寬。調(diào)制信號頻譜中高于20 MHz截止頻率的頻率被消除,因此邊帶只出現(xiàn)在載波的和采樣零點的20 MHz范圍內(nèi)。
頂部中心軌跡是獲取的信號時域的放大圖。波動是由于數(shù)據(jù)調(diào)制造成的。兩個相鄰窄峰值之間的間距顯示了40 MBaud的數(shù)據(jù)傳輸速率。調(diào)制邊帶之間的 160 MHz間距表示以四倍數(shù)據(jù)速率(即 160 MHz)進行額外的采樣過程。觀察右上方軌跡中8PSK信號的高度擴展視圖,可以在相位終端之間看到信號粒度。光標設(shè)置為測量相位中斷之間的時間周期,結(jié)果是6.2 ns,即頻率為160 MHz。因此,40 MBaud調(diào)制被限制在20 MHz帶寬內(nèi),并在 160 MHz 處再次采樣后進行廣播。
獲取的射頻載波使用專有的矢量信號分析軟件在德思特Spectrum SBench 6外部進行解調(diào),然后將得到的同相和正交分量重新導入德思特Spectrum SBench 6進行額外的分析和顯示。圖3提供了一個結(jié)果示例。
圖 3:解調(diào)信號的同相 (I) 和正交 (Q) 分量。
交叉繪制 I 和 Q 信號可生成狀態(tài)轉(zhuǎn)換或軌跡圖。
I 分量顯示在左上方的軌跡中,Q 分量顯示在 I 分量的下方。
8PSK信號在每三個比特編碼成一個符號,每個符號產(chǎn)生八個可能的數(shù)據(jù)值。I值和Q值轉(zhuǎn)化為相位和幅度信息。每個狀態(tài)的相位和幅度值都可以用I信號與Q信號的圖(即星座圖)來表示。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或軌跡圖(右側(cè)軌跡)顯示了數(shù)據(jù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換路徑,每條軌跡的起點和終點都是八個數(shù)據(jù)狀態(tài)之一。數(shù)據(jù)狀態(tài)出現(xiàn)在0、45、90、135、180、225、270和315度八個相位上。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖提供了一種快速評估8PSK信號生成的方法。底層星座的不對稱和偏斜表明信號生成存在誤差。
三、應用3.分析DDR 2內(nèi)存數(shù)據(jù)信號
德思特Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀也可以采集高速數(shù)字物理層信號。數(shù)字信號的帶寬取決于脈沖的上升時間,脈沖是時鐘速率的函數(shù)。一般的經(jīng)驗法則是,測量系統(tǒng)的測量帶寬應為數(shù)字系統(tǒng)的時鐘頻率的五倍。您可以在圖4所示的示例中看到這一點,該示例顯示了雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR 2)內(nèi)存數(shù)據(jù)信號的采集和分析。DDR存儲器使用時鐘(clock)、選通(strobe)和數(shù)據(jù)(data)這三種數(shù)字信號對數(shù)據(jù)進行讀取和寫入設(shè)備。數(shù)據(jù)信號如圖4所示。
圖 4:DDR2內(nèi)存的數(shù)據(jù)信號結(jié)構(gòu)復雜,
FFT頻譜顯示高達 3 GHz左右的能量
采集的數(shù)據(jù)信號顯示在左上角的跡線中。左下角是信號的水平擴展視圖。數(shù)據(jù)信號的FFT頻譜如圖中右側(cè)圖像所示。由于數(shù)字信號的脈沖性質(zhì),頻譜具有Sin(x)/x包絡(luò)。設(shè)備的時鐘頻率為333 MHz。DDR內(nèi)存操作以兩倍的時鐘速率進行。頻譜中的零點出現(xiàn)在 666 MHz 及其整數(shù)倍頻率上,頻譜顯示出到大約 3 GHz 的大量能量。
END
綜上所述,德思特Spectrum TS-M5i.33xx-x16 系列數(shù)字化儀憑借其高性能和廣泛的應用領(lǐng)域,為雷達脈沖測量、通信信號分析和高速數(shù)字信號采集提供了強大的工具。數(shù)字化儀的高采樣率、寬頻帶和12位分辨率的特點,使得它們能夠精確地捕捉和分析各種復雜的信號。無論是射頻應用還是高速數(shù)字物理層信號的采集,德思特Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列數(shù)字化儀都能提供出色的性能和可靠性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,這些采集器無疑將在未來的信號分析和測量領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。