淺析PXI總線的射頻儀器的特點與應用范圍

　　對于射頻測試儀器來說，人們可能首先會想起那些各式各樣、大小不等的射頻模塊，還有那些繞來繞去的剛性電纜，甚至還有難裝難卸的波導元件。而虛擬儀器，其特點是利用主控和總線設計并與PC融合而成的測試儀器，具有活生生的數字特征，似乎與上述的射頻特征不太搭界。那么，在PXI總線架構上的虛擬儀器是怎么實現射頻功能的呢？

　　PXI虛擬儀器的設計思想

　　NI公司的PXI虛擬儀器在射頻領域的成功突破受益于多種新技術，主要包括SDR，高速背板總線，DDS，精密補償技術等。

　　射頻信號發生器是射頻測試系統的源端設備。根據圖1的方框圖，不難發現，該系列的信號發生器可以選用內部或外部時鐘。當采用內部基準時，利用了DDS技術，可直接產生高達50MHz的射頻信號。對于高于50MHz的信號，采用系統中的頻綜模塊，頻綜的相位跟蹤DDS輸出，可以實現高達6GHz的射頻輸出，且頻率步進可以達到1Hz甚至更低。

　　另外，根據分析，系統中采用了精密的溫度控制和補償(未經證實)措施。通過監控溫度，并根據變化利用預先存放在存儲表中的修正量對輸出進行補償，從而實現極高的精度。

　　另外，NI公司也定義了自己的SDR架構。該公司的分析儀或接收機系列，即NI-PXI-566x系列，所定義的的頻率范圍為9KHz～2.7GHz，實時帶寬為20MHz，內存為32～6?MB。而信號源或發射機系列的定義為：250KHz～2.7GHz，實時帶寬為22MHz，內存為32～256MB。通過SDR技術，使得儀器變得更加靈活。

　　高速背板技術無疑是PXI虛擬儀器的核心技術，也是PXI射頻儀器的主要瓶頸之一。這種背板與傳統的PC背板有很大區別，因為它處理的是包括頻率極高的混合信號。系統中含有高達10GHz的模擬信號，包括速度極高的ADC和DAC，這些都給背板的電磁兼容設計以及電源和參考面的設計帶來很大困難，另外還有小型化的要求。目前背板上的觸發總線已經多達近10條，并且為了保證可靠性并減小延遲，系統采用星形觸發方式。即由星形觸發控制產生多個觸發信號并送到所有的插槽，這樣可以保證各插槽在同一時間接收到觸發信號，將觸發時間誤差降到了1ns以下。

　　基于PXI的虛擬射頻儀器的特點

　　對于傳統的箱式儀器所覆蓋的X波段以上的頻段來說，也許并非PXI虛擬儀器的強項，但經過分析，發現這類儀器有其自己的獨特特點，可以作為傳統的箱式射頻測試儀器的較好補充。PXI虛擬射頻儀器的主要特點包括：

　　1. 具有靈活的同步和觸發功能

　　2. 高速寬帶總線功能

　　3. 集成度較高的綜合測試功能

　　4. 具有靈活的用戶開發空間

　　圖1：NI公司PXI-565x系列射頻信號發生器原理方框圖。

　　細細分析起來，上述主要特點實際上就是由PXI總線和模塊化的本質所決定的。基于這些特點，NI基于PXI的射頻測試儀器比較適用于以下應用場合：

　　* 比較復雜或前沿的應用開發

　　在這種應用中，由于處于比較前沿的預研階段，或者說是開發階段，具有許多自定義的協議，對這類協議的測試和分析，需要很多靈活的同步模式和觸發模式，這些往往在傳統儀器里沒有充分的提供。于是，用戶可以根據需要，靈活地構建自己的測試驗證系統。這類的應用實例非常多，包括TD-SCDMA系統開發測試。

　　* 用戶具有獨特的需求

　　在這種場合中，用戶常常具有許多特定的用途。例如，需要提取射頻的原始數據，包括幅度信息和相位信息，乃至比特內的調制信息等。這些信息可以被用來對系統進行調試，分析或流盤，當然也有某些信息可以用作校正的環路控制。另外，在多系統的復雜系統中，常常需要靈活的觸發和同步，這也可以發揮這類儀器的特點。

　　* 要求有技術融合的應用

　　由于可以提供靈活的多種編程接口(包括Matlab，NET，VB，VC，DLL，EXE，ActiveX等)，并提供開放式的軟硬件二次開發界面，使得這種儀器比較適用于需要各種技術融合的應用。

　　* 作為動態控制領域的一部分

　　在動態控制領域，測試儀器不再是僅僅作為測試和檢定目的，而是將測試出來的結果直接或間接作為控制變量，來修正或校正系統中的受控參量。在這種應用中，加上PC的強大功能，使得這類測試儀器能夠發揮其體積小并且靈活的功能。

　　PXI射頻測試儀器實例

　　那么，究竟實現了什么樣的射頻功能，或者說NI以及其PXI聯盟成員都推出了什么樣的射頻測試儀器呢？NI推出的射頻測試儀器大致上可以概括為以下三類：

　　１． PXI RF信號產生和分析

　　在測試系統中，信號產生是分析的源，占據著重要的作用。利用上述的設計思想，NI實現了系列的RF和MW信號產生器，包括頻率分別達到1.3GHz、3.3GHz和6.6GHz的PXI 5650、PXI 5651和PXI 5652，具有RF領域常用的各種模擬調制和數字調制，并實現了高相位噪聲和很低的信號抖動。該系列的信號產生器在1GHz處，偏移量為10kHz時的相位噪聲達到了-110dBc/Hz。儀器采用一塊3U的單槽結構，比較靈巧。

　　２． 通用無線通信終端測試系統

　　隨著終端功能的不斷增加和協議的復雜化導致測試成本不斷攀升，其中包括時間成本，從而為測試帶來巨大挑戰。圍繞這些挑戰，NI研發出了靈活的終端測試系統。該系統由PXI-5660再加上Labview組成。測試領域覆蓋了目前所有的體制，包括中國自己的TD-SCDMA。該系統的特點在于能夠靈活地擴展測試系統的并行通道數量，從而降低測試的成本。

　　３． 無線網絡分析測試系統

　　這類儀器的典型代表是PXI-5661。除了能夠完成常規的無線通信領域的測試分析，另外還提供需多矢量分析，例如3D光譜分析，I/Q正交調制分析等。該系統由高精度的數字化儀和高性能的變頻器組成，其頻率目前達到了2.7GHz，借助于精密衰減器，輸入動態范圍可以達到160dB，其噪聲密度達到了-140 dBm/Hz。另外，該系統的一個重要的特點是靈活度，比如可以加入一個前置放大器模塊PXI-5690，就可以實現高達-165 dBm/Hz的噪聲密度指標。

　　除上述幾大類之外，基于PXI的RF儀器還繼續向更廣的一些專業領域進軍。PXI聯盟成員之一的聚星儀器公司近期成功開發出了RFID射頻參數測試系統。據了解，該系統是業界第一套RFID專業測試系統。該系統具有完備的RFID協議支持能力，支持RFID標準中的各種調制方式和編碼方式，還可以擴展支持廠家自己的指令集，從而可以覆蓋到從物理層到協議層的所有測試。