第八讲矢量信号分析仪原理.ppt
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1、射频集成电路测试 第八讲 矢量信号分析仪(VSA) 1 射频集成电路测试_1 n08_第八讲 矢量信号分析仪原理 n09_第九讲 射频矢量网络分析仪 n10_第十讲 噪声系数分析仪原理 n11_第十一讲 逻辑分析仪原理 n12_第十二讲 典型射频芯片测试介绍与电子测量自动化 n13_第十三讲 ADS仿真基础 n14_第十四讲 实时频谱分析仪(RTSA)介绍 n4.30-5.4放假五天(第10周),4月30日(星期四)的课程调至 4月28日(星期二)进行 n5.28-5.30放假三天(第14周,5.28(星期四):端午节) 2射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学
2、期 参考文献 nAgilent仪器说明书89441A_矢量信号分析仪Complex Meas_5965-8554E.pdf nOperators Guide_89400-90038.pdf nStarted Guide_89441-90076.pdf nTime and Frequency Domain_5962-9217E.pdf nTime Capture_5091-8686E.pdf nDigital Modulation_5965-7160E.pdf nEVM Meas_5965-2898E.pdf nPhase Noise_5091-7193E.pdf nData Sheet_596
3、5-5425E.pdf nAgilent仪器说明书89600S_矢量信号分析仪89600矢量 信号分析仪_5980-0723CHA.pdf 3射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 内容 8.1 矢量信号分析仪的基本结构 8.2 矢量信号分析仪的工作原理 8.3 数字调制与解调 8.4 主要应用(模拟与数字调制解调等) 8.5 矢量信号分析仪的基本操作 第八讲 矢量信号分析仪小结 补充:E5052B信号源分析仪 4射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 8.1矢量信号分析仪的基本结构 n89441A矢量信号分析仪有两部分:IF和R
4、F部分 n89410A(IF):dc to 10MHz范围,内部信号源(正 弦、chirp、随机和32,768点的任意波形); n89431A(RF):dc to 2.65 GHz范围。另有内部RF 信号源(选件AY8-本机没有)。 nAgilent公司的矢量信号分析仪把时域、频域和 调制域分析集于一体,为复杂的时变信号提供 最先进的测量。 n复杂的时变信号包括突发信号、脉冲信号、瞬 变信号、跳频信号以及模拟和数字调制信号。 5射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89441A的时域和频域分析功能 n利用89441A的“射频示波器”功能,可以对复杂 的时变信号
5、进行时域分析。 n基于快速富里叶变换(FFT),可以进行高性 能频谱分析和时间选通频谱分析。 n与超外差式频谱分析仪相比: n基于快速富里叶变换(FFT) n可分析单次出现信号 n可同时获得测量信号的幅度和相位 n目前技术条件下,其频率范围、灵敏度和动态范围 都不如超外差式频谱分析仪 6射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89441A的矢量调制分析功能 n可以分析各种已调制信号,包括: nBPSK、QPSK、OQPSK、DQPSK、pi/4DQPSK、8PSK、 16-256QAM、VSB、MSK、2至4电平FSK等非标准格式 nNADC、GSM、EDGE、
6、DECT、CDMA等标准格式 n用可选的第二个10MHz输入信道(选件AY7),还 可以同时分析基带I和Q信号。 n可以按各种方式和表格来显示测量结果。星座图、 眼图、网格图和误差矢量图是分析数字调制信号的 常用工具。 n通过产生一个理想基准信号与接收到的信号相比较 ,可提供误差测量。测量结果包括误差矢量幅度 EVM等。 7射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 基本结构(89410A(IF) 8射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 基本结构 (续1) 1.软功能硬键 2.显示屏幕 3.电源开关 4.软盘驱动器 5.外键盘连接器
7、 6.连接到DUT的信号源 连接器(有AY8) 7.外触发连接器 8.探头电源连接器 9.待测信号输入或DUT 的输出 10.显示功能硬键菜单组 11.系统功能硬键菜单组 12.测量功能硬键菜单组 13.REMOTE和LED显示 14.MARKAR硬键菜单 组 15.手动调节MARKAR 旋钮键 16.MARKAR/Entry硬键 17.数字量等输入硬键 18.通道2输入连接器 DUT AY8 RF front-end 9射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 基本结构(续2) 10射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 现有选件
8、: n1BH(General Export License); nAY7(Second 10MHz Input Channel); nAY9(Extended Time Capture); nAYA(Vector Modulation Analysis); nAYB(Waterfall and Spectrogram); nB73(Digital Wideband CDMA Analysis); nB79(Digital ARIB 1.0-1.2 W-CDMA Analysis); nUG7(Advanced LAN Support); nUTH(20Mb Extended RAM and A
9、dditional I/O)。 11射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89400系列矢量 信号分析仪功能 12射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89600S_矢量信号分析仪 n高达6.0GHz的频 率范围 n36MHz带宽(基 带带宽39MHz) n低到小于1Hz的 频域分辨率带宽 n可用于无线通信 、无线局域网、卫 星和宽带接入系统 的测试 n系仪器室有 13射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89600S and ADS 、ESG n使用ADS软件和89600 VSA与 Agil
10、ent ESG信号发生器进行连接, 您就不必等待框图中的硬件全部研 制完毕,即可开始查找系统级的问 题。 n89600系列VSA能动态链接到ADS 软件,可以用89600评估ADS的仿 真数据和来自硬件的测量结果。 14射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 8.2 矢量信号分析仪的工作原理 n注意:这里的频域分析是由时变信号波形的FFT变换实现的。 n这里的I和Q对应Real和Imaginary,请区别以后的I和Q调制。 15射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 89411A的IF(89410A)部分 Source、Optio
11、nal RF source、Precision RF front-end。 DUT (Option AY8) 16射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 IF(89410A)的Source部分 17射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 n89431A(RF) :dc to 2.65 GHz范围。 n另有内部RF信 号源(选件AY8 -本机没有)。 射频信号源选件 18射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 精密的射频前端 n89441A的射频前端将高达2.65GHz的射频信号 下变频为带宽7MHz
12、的中频信号; n带宽为7MHz的中频信号经过滤波和数字化后 ,进入高分辨率的A/D变换器; n后续的数字混频器和数字滤波器的带宽可以窄 到1Hz; n后面的高性能微处理器提供快速的频域、时域 、调制域分析和测量结果显示。 19射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 射频和基带性能 n射频性能: n灵敏度:-160dBm/Hz; n相位噪声:-124dBc/Hz(10KHz偏移); n内部射频源:选件AY8 (本机没有)。 n基带性能: n25.6 Msa/s的A/D采样速率; nFFT变换; n频域和时域的误差修正功能; n第二个10MHz基带输入信道:选件AY
13、7。 20射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 矢量信号分析仪的特点 n传统信号分析仪只有信号幅度测量功能,可测量幅度 与频率的关系,可测量幅度与时间的关系。 n矢量信号分析仪具有同时测量幅度和相位的功能,可 测量幅度和相位与频率的关系,可测量幅度和相位与 时间的关系。 n待测信号波形经ADC后的数字化数据,从其中提取幅 度和相位的数字化信息数据,再存入Capture RAM中。 n再由Measurement RAM和DSP进行测量和数据分析: 模拟已调信号的解调、数字已调信号的解调、网格图 、星座图、矢量图、眼图和误差矢量幅度EVM。 21射频集成电路测试
14、清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 8.3 数字调制与解调 n目的:使传输的数字信号与信道特性相匹配, 便于有效地进行信息传输。 n分类: n调制信号:模拟调制和数字调制; n相位连续:相位不连续调制和相位连续调制(例如 :PSK、GMSK等); n信号恒定:恒包络调制和非恒包络调制(例如: FSK、QAM等)。 n调制方案的性能评估:功率效率和带宽效率。 22射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 移动通信中的调制解调技术 n移动通信面临的无线信道问题: n多径,衰落,干扰(自然,人为,ISI),频率资源有限。 n移动通信对调制解调技术的要求
15、: n频谱资源有限 高的带宽效率; n用户终端小 高的功率效率,抗非线性失真能力强; n邻道干扰 低的带外辐射; n多径信道传播 对多径衰落不敏感,抗衰落能力强; n干扰受限的信道,抗干扰能力强; n解调一般采用非相干方式,或插入导频的相干解调; n产业化问题 成本低,易于实现。 23射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 数字调制方法的分类 24射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 数字调制与解调 n1。为什么要进行数字调制? n硬件的复杂程度与占有频带宽度之间折衷 n2。信息是如何调制到正交I和Q信号上? n3。数字调制的不
16、同类型 n三种数字调制类型和三种数字调制类型的变种 n4。限制带宽的滤波器技术 n限制带宽和减小码间干扰 n5。观察数字调制信号的方法 n时域图、频域图、星座图、眼图、相位网格图和误 差矢量图 25射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 1。为什么要进行数字调制? 硬件的复杂程度与占有频带 宽度之间折衷。 工业发展的趋势(QPSK、 FSK、MAK、QAM等)。 26射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上? 基本的调制特性(AM 、FM、PM)。 27射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国
17、林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上?(续1) n极坐标表示法,如下左图所示。不同的调制格式,如下右图所示。 28射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上?(续2) n数字调制中,调制通常采用I和Q分量表示,如下图所示。 29射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上?(续3) nI/Q数字调制中的发射机和接收机方框图 ,如下图所示。 n在I/Q数字调制中,数字调制的数据点对 应于I/Q平面上的不同的离散的点。这就 是星座图。 nI
18、/Q平面上的数据点从一点到另一点,对 应于不同的AM和PM调制。 30射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上?(续4) 31射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 2。信息是如何调制到正交I和Q信号上?(续5) 32射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 3。数字调制的不同类型 n上表列出了按恒包络调制和非恒包络调制的分类; n下表列出了在无线通信和视频中,不同的数字调制类型的应用。 33射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 3
19、。数字调制的不同类型(续1) n位速率和符号速率:传输信号的带宽取决于符号速率。 n符号时钟起到符号定时的作用。 34射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 3。数字调制的不同类型(续2) n相移键控;频移键控;正交幅度调制。 n相移键控:BPSK和QPSK。 n下图中QPSK的四个离散状态的相位分别是45度、135度、225度、315 度,每个相位的转变(00,01,10,11)提供了2bit的数据 n频移键控:BFSK和MSK。 nFSK和MSK产生等包络信号,这对于放大器的功率传输是很重要的。 35射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 20
20、09春季学期 3。数字调制的不同类型(续3) n正交幅度调制:下图是16QAM和32QAM的星座图。目前应用的 是256QAM。256QAM系统使用8个I和8个Q数值。 36射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 3。数字调制的不同类型(续4) n数字调制的变种:IQ偏移调制(OQPSK);差 分调制(DQPSK);等幅度调制(GMSK)。 n第一种变种是Offset QPSK(OQPSK),主要应用 在蜂窝 CDMA (Code Division Multiple Access)的反 向链路中; n第二种变种是差分调制,例如:DQPSK和D16QAM ; n第
21、三种变种是等包络调制,例如:0.3 GMSK( Gaussian Minimum Shift Keying)的GSM。 37射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 4。限制带宽的滤波器技术 n数据滤波器可以限制带宽和减小码间干扰。矢 量信号分析仪的所有滤波器都是按20个码元长 度来计算。 n主要有:升余弦滤波器;平方根升余弦滤波器 ;发射机和接收机的匹配滤波器;高斯滤波器 ;数字滤波器等。 n滤波器的形状和宽度是由alpha(对于升余弦滤 波器)或BT(对于高斯滤波器)来定义的。 38射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 4。限
22、制带宽的滤波器技术(续1) n发射机中的匹配滤波器是为了减少邻道功率辐射; n接收机中的匹配滤波器是为了减少宽带噪声。 39射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 4。限制带宽的滤波器技术(续2) n高斯滤波器:没有滤波器相当于alpha为无穷大。 40射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2009春季学期 4。限制带宽的滤波器技术(续3) n滤波器的带宽效应(以QPSK为例):没有滤波器相当于alpha为 无穷大。滤波器的alpha为0.75和0.375时,可以平滑发射的波形并 减小所需要的带宽。 41射频集成电路测试 清华大学电子工程系 李国
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