信号的旅程, 优化您的信号分析测量

信号之旅：助您优化信号分析与测量

您是否好奇，器件输出的信号一旦进入信号分析仪后，将会发生什么情况？如果还没有想过，不妨考虑一下。了解信号分析仪对信号进行处理的方式，有助于您进行更精确的测量。如果忽视了分析仪的影响，可能会导致测量结果出错。本白皮书将带您了解信号分析仪的详细设计，以及如何利用这些知识来避免差错并进行最准确的测量。Keysight CXA 信号分析仪是当前一款经济高效的先进工具，可以为一般应用和教育应用提供适合的测试性能和基本的信号表征功能。

信号进入信号分析仪

当您将被测器件（DUT）连接至信号分析仪的输入端时，信号会通过射频输入衰减器和前置放大器。这两个元器件的作用是放大或衰减信号，使信号幅度达到信号分析仪的其他元器件能够接受的程度。此外，通过射频输入衰减器和前置放大器，您还可以控制信号在信号分析仪显示屏上显示的标度。在您缩放信号时，切记衰减器设置可以帮助您优化信噪比（SNR）。如果是低电平信号，那么减小输入衰减并激活前置放大器，这样可以提高灵敏度，也就是分析仪显示的平均噪声电平（DANL）。如果是大功率信号，您可能希望加大衰减，以便降低输入功率，以防发生过载、失真和增益压缩。衰减器和前置放大器使您能够缩放查看重要的信号细节，并改善信噪比。

接下来，信号将通过滤波器。如果是入门级的频谱分析仪，这个滤波器通常是一个普通的带通滤波器。如果信号分析仪的滤波器是一个预选器，那么这就是一个可调谐的带通滤波器，它能够覆盖从低频到高频的整个频域。预选器决定了分析仪在任何给定时刻能够采集的频率范围。它将持续进行扫描，直至将您选定的整个分析带宽都扫描一遍。当滤波器扫描完信号的频率后，信号将会通过滤波器，到达混频器。此时，我们需要快速转移到混频器的另一路输入，了解信号接下来将会发生什么。

混频器

混频器是一个三端口非线性器件。如上所述，混频器的输入端口接收来自器件的信号。同时，混频器的本地振荡器（LO）端口会接收来自本地振荡器的信号。本地振荡器的频率会在其频率范围变化，用扫描发生器进行调谐。混频器的第三个端口是输出端口。它将输出输入信号与 LO 信号的混合产物。换句话说，混频器输出的是信号频率与本地振荡器频率的和或差。

当这个混频后的输出信号等于信号路径下游的中频（IF）滤波器的频率时，混频信号将会经过中频滤波器，继续前进。另外，信号分析仪此时会确定信号的频率，让系统的其他部分只需负责处理幅度，而不必同时处理幅度和频率。在信号到达下一个滤波器之前，混频器会将这个信号发送到 ADC，将其从模拟信号转换为数字信号。由于混频器有可能引入杂散、噪声或谐波，因此需要查看信号分析仪的特征 — 您可能希望能够区分哪些信号特征是被测器件自身的，哪些是受混频器的影响添加或加剧的。混频器使信号分析仪能够确定您所关注的信号的频率，而让信号路径上的其他部分评测幅度。了解混频器的影响将能帮助您进行更精确的测量。

数字信号处理

中频滤波器

现在，信号已经过混频，其频率已经确定，而且信号已经转换成数字信号，接下来它将通过中频滤波器。您在中频滤波器中能够控制的设置是分辨率带宽（RBW）— 中频滤波器的 3 dB 带宽。换言之，RBW 是指要想在信号分析仪的显示屏上分辨两个频率分量，这两个频率分量之间最小间隔的频率。RBW 较宽的话，您可以快速进行扫描，不过水平分辨率会较低，本底噪声会较高，因为您需要在扫描期间每个时间点上查看更宽带宽。如果 RBW 滤波器的带宽较窄，则扫描需要更长的时间，不过因为您一次只需查看较窄带宽，所以能够区分频率更接近的独立信号，降低本底噪声，提高频率读数精度。图 1 解释了这一原理。

通过控制中频滤波器的带宽（也就是 RBW），您将能够决定希望观测的测量结果类型。这就像是一个用来筛沙子的筛子 — 粗筛眼筛沙速度更快，但是可能会漏掉许多小沙粒；细筛眼筛沙速度慢，但可以筛出所有沙粒，无论是大沙粒还是小沙粒。RBW 设置使您可以控制水平分辨率、本底噪声和采集速度。当您想要进行宽范围扫描，获得粗略的测量结果而不关注细节时，例如快速、通用和核对型的测量，您可以-使用宽 RBW。或者，当需要进行快速扫描时，您可以使用宽RBW。反之，当需要深入分析测量结果细节时，例如进行故障诊断，或寻找已知或未知的杂散信号时，您应该使用窄 RBW。

数字检波器

信号通过中频滤波器后，接下来将通过数字检波器。数字检波器将告诉您信号在扫描时间内的幅度。与模拟频谱分析仪相比，数字信号分析仪的一大优势是能够选择在屏幕上显示的数据。

ADC 能够采集并输出大量数据。实际上，您在 ADC 中获得的数据点通常比需要显示的数据点多。在保持信号准确性的前提下，您可以将数据分成多个区块，然后从每个区块中选择一个数据点，在屏幕上重构信号。这就是数字检波器所做的工作。在数字检波过程中，您可以使用不同的算法，选择在每个区块中使用的数据点。正峰值检波器类型是其中一种算法。它会选择每个区块中最大的数据点。负峰值检波器选择的是每个区块中最小的数据点。如果您想要了解极限情况，可以使用这些检波器 — 确定在最好或最差情景下，最大或最小数据点绝不会超过特定阈值。样本检测就像是选择一个随机的数据点 — 通常这种类型的算法会选择每个区块中间的数据点。请看图 2，了解关于这 3 种检波器的解释。其他检波器还包括正态（也称为 Rosenfell）检波器和 RMS 检波器。

关于信号分析仪测量的更多技巧，请下载此白皮书。