1 导言
现在跟着电子产品规划的日趋杂乱，测验内容也越来越杂乱，人们或许不只需求知道信号的时域特性，也想了解信号的频域特性，或许多域的联合特性也需求进行丈量。结果是，很或许在作业测验台上摆满了各种仪器：示波器、频谱仪……等等，作业空间遭到抢占，而且更重要的是测验作业变得杂乱，各种仪器的杂乱衔接，仪器间的同步问题需求处理……。因而，关于一般的调试丈量，人们期望能有一台多功用的仪器，既能满意时域测验的需求，又能进行频域的剖析，乃至时频域信号一同进行相参的联合调试，再乃至关于一些矢量信号也能进行剖析。示波器作为最根本的测验丈量仪器被广泛的运用，假如能融入这些剖析功用，将给工程师们带来极大的便当。现在，各示波器厂家也推出了一些多合一的示波器，技能也各不相同，不是别离的时域和频域通道丈量，便是选用软件核算的方法进行剖析，因而也面对一些问题。例如在频谱剖析时，咱们知道RBW（分辨率带宽）与信号的捕获时刻成反比联系，假如需求小的RBW（浅显说便是频谱看的更精密），那就需求更长捕获时刻，采样率必然会下降，那么关于高频的信号将无法进行剖析。相反，假如要对高频信号进行剖析，那么RBW将会较大，频率分辨率将会变弱。别的，在矢量信号剖析中，相同会遭到示波器存储空间和采样率的约束，导致不能对更长时刻的信号进行剖析。那么关于这些丈量傍边的问题，怎么经过示波器规划来处理呢？本文介绍了R&S公司示波器选用的DDC（数字下变频）技能，很好的处理了以上问题，将多域联合测验发挥的酣畅淋漓。
2 DDC介绍
DDC（Digital Down Converter）即数字下变频，是经过NCO（数控振荡器）发生与射频或中频信号载波相同频率的正弦或余弦信号，与射频或中频信号相乘，终究经过滤波、重采样得到基带信号的进程。
因为数字信号处理的巨大优势，使其得到了广泛的运用。在无线通讯体系中，也越来越期望能将A/D（模数）、D/A（数模）转化接近射频前端，从而能经过数字信号处理来完成通讯中的各种功用。但是现在受ADC（模数转化器）和DSP（数字信号处理器）发展水平的约束，直接在很高频的射频端进行AD改换再进行数字信号处理十分困难——数字示波器也相同，如受处理才干约束，假如在射频端对高频信号进行AD采样，需求很高的采样率，捕获时刻一旦加长，样本点数就会十分巨大，此刻就会发现示波器处理时刻变长，反响很缓慢。为了处理ADC与DSP的这个对立，选用DDC将信号变频到基带，再运用更低的速率进行重采样，就能减小数据量，进步DSP的功率。
图1 DDC原理框图
图1为DDC原理框图，主要由NCO、混频器、低通滤波器和重采样几个模块组成。射频信号经过高速ADC后变为数字信号In(n)：
In(n) = s(n)×cos(wn) (1)
其间，s(n)为信号，cos(wn)为载波，w为载波频率。NCO发生与射频信号频率相同的本振信号f(n)：
f(n) = cos(wn) (2)
本振信号与射频信号混频相乘后得到信号m(n)：
m(n) = In(n)×f(n) = s(n)×cos(wn)×cos(wn)
= 1/2s(n)[cos(2wn)+1] (3)
将信号m(n)进行低通滤波和重采样后便可得到输出信号Out(n)：
Out(n) = 1/2s(n) (4)
由此可见，经过DDC，即保存了实在的有用信号s(n)，又经过重采样使得数据量大大削减，进步了后续信号处理的功率。相同，假如在数字示波器中运用了DDC技能，不但能保存射频信号中的有用信号，一起能大大削减数据量，进步示波器的处理速度。
下面咱们就来评论R&S示波器中的DDC运用。
3 R&S示波器硬件完成的DDC
在评论R&S示波器中的DDC运用之前，咱们先来比较一下R&S数字示波器与传统数字示波器结构上的不同。
图2 传统数字示波器结构框图
图2为传统数字示波器的根本结构框图。信号经过模仿通道进入示波器，经过笔直增益放大器和滤波，经过ADC转化成数字信号，由收集存储模块存储下来，再经过软件的方法进行后续的处理，终究显现在示波器屏幕上。传统数字示波器选用软件处理的方法进行数据处理，在硬件上并没有DDC的结构。因而对一些高频信号进行收集或许频谱剖析的时分，有必要在高采样率下进行，因为示波器自身存储空间有限，因而收集或剖析的信号时刻长度也相对较短。
图3 R&S数字示波器结构框图
图3为R&S数字示波器的根本结构框图。信号处理流程与传统数字示波器并无太大不同，但运用了较多的硬件结构，包含触发体系、数字处理、DDC等。其它硬件结构的特色与优势本文不作评论，但能够显着的注意到该结构中运用了硬件完成的DDC。因为运用了硬件的DDC结构，能够对信号先下变频到基带，再以较低的采样率进行重采样，在相同存储空间的情况下，能够收集或剖析更长时刻的信号。而且因为是硬件的完成方法，速度也会较快。
下面，就DDC在I/Q解谐和频谱剖析傍边的运用进行评论。
3.1 I/Q解调中的DDC
咱们先来看一个实在测验中遇到的问题：待测信号为一个载波频率为300MHz，调制带宽为2MHz的调制信号。那么假如用示波器对该信号进行收集，期望收集时刻尽量长，最长能够收集多少秒时刻的信号？关于这个问题，咱们从信号剖析的视点来进行剖析。
首要关于这类调制信号，军用的有雷达信号（如chirp信号），民用的有一般通讯信号（如QAM信号），这些信号绝大多数为矢量信号。关于这类信号的剖析，一定会用到正交解调即I/Q解调。传统数字示波器关于该类信号只能先直接对射频信号进行收集，得到数据存储下来后，再交由专用软件或许用第三方软件编程进行处理（包含I/Q解谐和后续处理）。
图4 传统数字示波器对调制信号处理流程
图4显现了传统示波器关于该类调制信号的处理流程。针对上述问题，载波频率为300MHz，调制带宽为2MHz，那么信号的最高频率为301MHz。依据奈奎斯特采样定理，ADC所用的采样率有必要为信号最高频率的2倍及以上才干实在的复原波形。咱们假定传统示波器ADC运用2倍最高频率即602MSa/s的采样率进行采样（示波器选用刚好2倍联系的采样率一般是不引荐的，一般选用3~5倍的联系才干较为实在的复原波形），假定示波器存储深度为10MSa，那么所能收集信号的最长时刻为10MSa / (602MSa/s) ≈ 16.6ms。即运用传统示波器对该类信号进行收集，只能收集10多毫秒时刻的信号。假如针对载频更高的信号，如2GHz，收集时刻则会更短。
关于上述问题，R&S示波器选用了硬件完成的I/Q解调模块，其间最重要的部分便是DDC。经过运用该模块，能够收集尽或许长时刻的调制信号。
