頻譜儀混頻的注意事項

時間：2022-12-06 20:30:02

關(guān)鍵字：頻譜儀頻率濾波器

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[導(dǎo)讀]超外差的結(jié)構(gòu)中，如果本振具有連續(xù)可調(diào)諧的寬帶頻率輸入范圍，那么輸出中頻就是一個固定值。采用高中頻的設(shè)計，鏡像信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號頻率，信號就不會出現(xiàn)混疊的問題了，同時對于前端只要采用合適截止頻率和衰減低通濾波器（LPF）就可以很好的抑制鏡像的干擾。但是高中頻也會面臨一個嚴(yán)峻的問題，第一級混頻之后，中頻離本振的最低頻率太近，后端濾波器設(shè)計難度較大。

1、濾波器設(shè)計可行性與鏡頻抑制的要求

超外差的結(jié)構(gòu)中，如果本振具有連續(xù)可調(diào)諧的寬帶頻率輸入范圍，那么輸出中頻就是一個固定值。采用高中頻的設(shè)計，鏡像信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號頻率，信號就不會出現(xiàn)混疊的問題了，同時對于前端只要采用合適截止頻率和衰減低通濾波器（LPF）就可以很好的抑制鏡像的干擾。但是高中頻也會面臨一個嚴(yán)峻的問題，第一級混頻之后，中頻離本振的最低頻率太近，后端濾波器設(shè)計難度較大。

2、本振信號的合成

最為常用就是PLL+VCO構(gòu)架產(chǎn)生本振信號。為了提高頻譜的頻率精度，本振LO采用PLL技術(shù)，通過一個鎖相環(huán)（PLL）將輸入信號鎖定到一個參考信號上（系統(tǒng)的參考時鐘）。但是采用PLL的方式，輸出信號并不是連續(xù)可調(diào)，而是步進(jìn)調(diào)節(jié)設(shè)置，同時步進(jìn)調(diào)節(jié)設(shè)置依賴于頻譜儀設(shè)置的分辨率帶寬（RBW），因此較小分辨率帶寬（RBW）需要PLL較小的調(diào)諧步進(jìn)。否則，輸出信號不能覆蓋整個掃頻范圍，而且會造成功率誤差。在實(shí)際設(shè)計的時候，PLL的調(diào)節(jié)步進(jìn)應(yīng)該小于0.1·RBW（1/10），比如頻譜儀設(shè)置的RBW為100kHz，那么LO輸出的頻率步進(jìn)應(yīng)該是小于10KHz的。有時設(shè)計LO，可以考慮LO電路的步進(jìn)根據(jù)RBW設(shè)置進(jìn)行分段調(diào)節(jié)。

3、3本振和3次混頻

經(jīng)過了第一級混頻之后，第一中頻輸出為高中頻，對于這個信號直接采集，ADC成本太高，所以我們需要將第一中頻信號下變頻至第二中頻幾百兆進(jìn)行采集，最后經(jīng)過3次混頻下變頻到ADC帶寬內(nèi)。這樣的就遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低ADC的位數(shù)。3次混頻器的本振輸入端必須提供足夠高的電平，必要時增加高帶寬的放大器。

4、倍頻

采用倍頻器的方式，就是PLL+VCO輸出的信號進(jìn)行倍頻，比如2倍、4倍，即可得到高的LO頻率了。（這個和EEVblog網(wǎng)站Dave Jones拆解的頻譜儀有點(diǎn)類似，如圖1所示。感興趣的可以觀看“EEVblog #892 - 鼎陽SSA3021X頻譜分析儀拆機(jī)”）采用倍頻器，可以獲得最小的轉(zhuǎn)換損耗，從而保持頻譜分析儀的低噪聲系數(shù)。