?背景介紹

隨著數(shù)字芯片處理的能力不斷的提高，當(dāng)今的雷達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向具有模擬和強(qiáng)大數(shù)字處理功能的混合系統(tǒng)。系統(tǒng)中，數(shù)字信號" title="數(shù)字信號">數(shù)字信號處理部分完成的功能越來越多，廣泛應(yīng)用于發(fā)射信號波形建立和接收信號的解調(diào)處理等功能。高性能 ADC/DAC 器件和 FPGA 技術(shù)的進(jìn)步也大大擴(kuò)展了數(shù)字電路" title="數(shù)字電路">數(shù)字電路的功能和性能。

許多系統(tǒng)的先進(jìn)功能都是通過數(shù)字信號處理技術(shù)來完成。例如：復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制或雷達(dá)信號的波形是依靠數(shù)字方法完成波形建立，然后由高性能 DAC 和 IQ 調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。在電子系統(tǒng)接收機(jī)處理過程中，廣泛采用了數(shù)字中頻" title="數(shù)字中頻">數(shù)字中頻技術(shù)。由數(shù)字電路來完成增益放大、匹配濾波、解調(diào)處理、解碼處理等功能。

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圖 1 ：數(shù)字化發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的典型組成

從上圖可以看出，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的中頻部分通常有兩個組成部分：模數(shù) / 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字信號處理部分。系統(tǒng)性能會直接反映到兩部分的指標(biāo)要求上?，F(xiàn)在數(shù)字電路研發(fā)工作中重點(diǎn)需要解決的技術(shù)問題包含：

高轉(zhuǎn)換速率的 ADC 和 DAC ，從而保證寬帶的信號產(chǎn)生；
高分辨率的 ADC 和 DAC ，從而保證信號的無失真動態(tài)范圍和信號質(zhì)量；
高速 FPGA 和專用數(shù)字集成電路
DSP 處理的處理能力和處理速度。
因此數(shù)字中頻的測試平臺" title="測試平臺">測試平臺應(yīng)該能夠?qū)?shù)字電路及處理算法的性能進(jìn)行測試評估，具體內(nèi)容包含：

ADC 和 DAC 完整性能的測試和驗(yàn)證；
數(shù)字信號處理算法的測試。?
測試平臺組成

對數(shù)字電路的測試，傳統(tǒng)的測試手段主要是以碼型發(fā)生器作為被測電路的激勵，然后利用示波器和邏輯分析儀來進(jìn)行信號分析，對數(shù)字信號的時序和邏輯關(guān)系進(jìn)行測試。但這種方法很難直接對電路中數(shù)字信號的矢量參數(shù)進(jìn)行分析，例如量化數(shù)字 IQ 信號的調(diào)制精度，相位誤差等。 也不能直觀地提供信號處理算法的效果定量參數(shù)。而這些參數(shù)對于精確判斷數(shù)字電路的性能或故障定位是非常重要的。

基于先進(jìn)儀表的技術(shù)發(fā)展?？梢越⑼暾臄?shù)字中頻測試平臺。在這個平臺上，可以完成對數(shù)字中頻電路進(jìn)行獨(dú)立測試。測試中，系統(tǒng)能提供實(shí)時的數(shù)字矢量激勵信號，數(shù)字信號的格式和電平與被測試數(shù)字電路相匹配。數(shù)字信號分析儀不僅能對數(shù)字信號的波形和邏輯關(guān)系進(jìn)行測試。還可連接矢量分析軟件完成對被測數(shù)字信號的幅度和相位參數(shù)進(jìn)行分析。數(shù)字中頻測試平臺解決方案如圖 2 所示。

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圖 2 安捷倫數(shù)字中頻測試方案

測試平臺主要針對電子系統(tǒng)中數(shù)字信號處理電路和中頻電路部分的測試需求。通過提供完整的測試激勵信號，包含簡單的碼型激勵和復(fù)雜矢量調(diào)制信號。分析儀表對數(shù)字電路的響應(yīng)進(jìn)行全面分析。利用分析的結(jié)果來評估數(shù)字電路的性能。測試技術(shù)的突破是現(xiàn)在先進(jìn)測試儀表能夠提供數(shù)字形式的復(fù)雜調(diào)制信號。如：任意數(shù)字調(diào)制信號；無線通信信號；雷達(dá)信號；用戶計(jì)算的任意波信號等。這些信號可以以數(shù)字 IQ 形式或數(shù)字中頻形式輸出。另外邏輯分析儀除能完成數(shù)字信號的定時分析和狀態(tài)分析外。還可作為多通道數(shù)字信號的采集電路。采集的數(shù)字信號數(shù)據(jù)可以利用儀表內(nèi)置的矢量分析軟件進(jìn)行分析。矢量分析的目的是利用頻域、時域和解調(diào)處理來得到信號完整的參數(shù)，特別是調(diào)制特性指標(biāo)。通過對數(shù)字電路輸入信號和輸出信號分別進(jìn)行矢量分析，還可得到數(shù)字信號處理電路的頻率響應(yīng)。

數(shù)字電路測試平臺的主要核心為 N5102A 數(shù)字接口卡和 16900A 系列邏輯分析儀。通過以下具體測試的例子來明確這些儀表的先進(jìn)功能。

基于數(shù)字電路測試儀表，可以對數(shù)字電路、模數(shù)混合電路及 DSP 處理算法進(jìn)行獨(dú)立測試。這樣一方面可以消除模擬電路對測試結(jié)果的影響。另外可以定量地對數(shù)字電路的性能進(jìn)行驗(yàn)證和評估。數(shù)字電路是整個電子系統(tǒng)中靈活性最大，發(fā)展最快的部分。利用測試平臺的儀表對數(shù)字電路進(jìn)行分析，使得大系統(tǒng)研發(fā)過程中，可以針對關(guān)鍵的數(shù)字信號處理技術(shù)上進(jìn)行重點(diǎn)研究和突破。關(guān)鍵技術(shù)的掌握可以大大提高整個系統(tǒng)研發(fā)的效率。

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圖 3 . Agilent 16900A 邏輯分析儀動態(tài)探頭技術(shù)

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圖 4 . 全數(shù)字電路測試方案

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?測試實(shí)例

為幫助大家了解該測試方案的具體實(shí)施、以及如何發(fā)現(xiàn)并診斷故障，我們以一個實(shí)例進(jìn)行介紹。實(shí)例中被測對象是 MAX5873 12 位 DAC 評估板和 MAX2021 IQ 調(diào)制混頻器。

我們采用 N5102A 產(chǎn)生數(shù)字形式的調(diào)制信號，利用 89610A 矢量信號分析儀或 E4440A PSA 測試 DAC 輸出信號的頻、、譜參數(shù)和調(diào)制參數(shù)。

在首次測試過程中發(fā)現(xiàn)， Maxim EVB 評估板的輸出在零頻處有較大的凹陷，因而根本無法進(jìn)行正確的解調(diào)。為了定位問題，我們首先采用 1682D 邏輯分析儀 +89601 軟件對 N5102A 數(shù)字基帶輸出的信號進(jìn)行了解調(diào)分析，從而驗(yàn)證了 N5012A 產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號的完整性和正確性。

因此，問題可能發(fā)生在被測 DUT 上。為此，我們對 MAX5873 EVB 評估板進(jìn)行了改動，焊下巴倫" title="巴倫">巴倫變壓器，進(jìn)行了第二次補(bǔ)充測試。

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圖 2 焊下巴倫變壓器后測試 DAC 的輸出

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MAX5873 EVB 板上焊下巴倫變壓器，采用 E4440A PSA 測試 DAC 的輸出。
DAC 的 I+ ， Q+ 接入到基帶信號分析儀測試。其頻譜如圖 2 所示（調(diào)制方式： QPSK ）。

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QPSK 信號	EDGE 信號
圖 3 E4440A PSA 測試 DAC 的輸出

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分析： 發(fā)現(xiàn)頻譜基本符合要求，但存在較高的零頻分量，其星座圖偏離元點(diǎn)較大。初步認(rèn)為是由于基帶信號分析儀采用單端輸入，直流共模電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有用信號導(dǎo)致。

此時將 MAX5873 輸出的模擬信號與 E4438C 本身輸出的模擬信號進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)波形一致。初步認(rèn)為 MAX5873 正常工作，由于直流共模電壓的影響，無法直接測試 DAC 輸出。

結(jié)論： 上次測試零頻率出凹陷確實(shí)是受巴倫的影響。去掉巴倫后零頻處無凹陷。

DAC 輸出 +MAX2021 測試 , 采用 DAC 加 MAX2021 聯(lián)合測試。?
? 測試條件： DAC CLK ： 10dBm ， 13Mb/s. MAX2021 本振： 960Mb/s ， 0dBm DAC 差分四路輸入到 MAX2021

分析： 測試發(fā)現(xiàn) E4440 能夠解調(diào)出 MAX2021 調(diào)制后的信號， EVM 值滿足指標(biāo)（ <0.7% ），但是 IQ Offset 指標(biāo)不滿足要求。

結(jié)論： 需要調(diào)整 diff IQ Offset 來提高。 MAX5873 正常工作。

?測試條件： DAC CLK ： Vpp=800mV 方波， 13Mb/s 。

MAX2021 LO ： 960Mb/s ， 0dBm DAC 差分四路輸入到 MAX2021 ，測試結(jié)果如圖 4 。

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圖 4 數(shù)字方波為時鐘	圖 5 DAC+MAX2022 聯(lián)合測試

結(jié)論： 從以上測試結(jié)果可以看出數(shù)字方波也可以作為 DAC 的采樣時鐘。

DAC+MAX2022 聯(lián)合測試?
? 測試條件如 DAC+MAX2021 ，只是 LO 頻率改為 1930M 。測試結(jié)果如圖 5 。

分析： 測試結(jié)果表明， MAX5873 正常工作，不過 EVM 值比 MAX2021 要大一些（ <1.5% ）。

? 總結(jié)

從以上測試可以發(fā)現(xiàn)， MAX5873 可以正常使用。

不過在 EDGE 信號基帶處理時，不能加巴倫進(jìn)行隔直，同時由于直流偏置電壓較大，不能直接用基帶信號分析儀來分析 DAC 輸出的單端信號。可以通過 DAC+IQ Mod 方式來進(jìn)行測試。

通過這次實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了安捷倫測試方案的完整性和有效性，可以滿足數(shù)字電路及 DSP 處理算法的全面分析和測試要求。