基于PLL技術的頻率綜合器應用極其廣泛,無論是通信還是雷達系統中,PLL頻綜都是必不可少的。因為PLL頻綜具有非常高的頻率穩定度,相噪性能非常優異,這些都是保證通信和雷達系統性能的重要因素。PLL是一個負反饋控制系統,圖5給出了簡要架構示意圖,從閉環傳輸特性看,PLL具有一定的環路帶 寬,這主要取決于環路上的低通濾波器——Loop filter。環路帶寬不僅決定了輸出信號的相噪性能,而且也決定了PLL鎖定的速度。相噪性能和鎖定速度是PLL頻綜開發工程師必須要折中考慮的兩個參數,因此在調試階段也是必測的兩個參數。
圖5. PLL頻率綜合器架構示意圖
對于鎖定時間的測試,傳統測試方法是直接將PLL輸出的射頻信號饋入頻譜儀,然后在zero span模式下設置觸發觀測射頻信號的包絡。但是這種方式有兩個缺點:
① 以觸發位置為時間參考點,而PLL在觸發時刻之前已經開始工作,無法準確標定鎖定時間;
② 由于這種方法是從包絡上判定是否鎖定完成,測試誤差會很大。因為信號的包絡與頻譜儀設置的RBW關系很大,存在這樣的情況——即使頻率沒有完全鎖定,但是信號依然可以完全通過RBW filter,從而得到正常的包絡信號。此時,標定的鎖定時間會偏小,而不能正確反映PLL的性能。
使用Spectrum View的瞬態分析功能可以輕而易舉地解決這個問題,測試連接如圖6所示,待測PLL電路除了將射頻輸出連接至示波器之外,同時提供一路同步觸發信號,以此作為時間基準。在瞬態分析模式下,調出Frequency_vs_Time波形,當頻率鎖定后,接近一條直線,觀測在哪個時刻頻率鎖定成功 (比如,定義頻率誤差在標稱頻率的±5%以內即認為鎖定成功),從而準確測試鎖定時間。
圖6. PLL頻率鎖定時間測試連接示意圖
圖7. PLL頻率鎖定時間實測結果
(3) 射頻開關切換時間測試
作為射頻電路中常用的器件,開關通常用于多個射頻鏈路之間的切換,從而實現分時工作。比如智能手機基本都支持多種無線通信制式,各種制式之間的切換就是通過射頻前端的開關實現的。這類射頻開關為單刀多擲開關,通常除了關注開關的插損、隔離度、駐波比等參數外,還要關注開關的切換時間,以保證各個鏈路之間嚴格的時序關系。
如何測試開關的切換時間呢?圖8給出了測試連接示意圖,示波器是整個測試的核心設備,此外還需要一臺信號源,用于給開關提供射頻激勵信號。測試過程中,信號源提供CW信號饋入開關,控制電路在控制開關切換的同時,也給示波器提供一路觸發信號作為時間參考。為了準確測試切換時間,需要得到開關輸出的射頻信號的包絡,在示波器側通過比較外觸發信號與包絡信號之間的延遲,便可以確定切換時間。
示波器通常借助于外部的包絡檢波器測試信號包絡,但是這會引入額外的時延,從而影響測試精度。相比之下,Spectrum View可以直接顯示射頻信號包絡 (Magnitude_vs_Time),測試更準確、應用更方便。
圖8. 射頻開關切換時間測試連接示意圖
(4) 脈沖調制器上升時間測試
脈沖調制器是脈沖體制雷達系統中的關鍵部件,可經外部控制產生具有快速上升/下降沿及高開關比的射頻脈沖信號。脈沖調制器往往采用單刀單擲射頻開關實現,其決定了能夠產生的射頻脈沖的上升/下降時間及開關比。實際應用中,往往希望能夠產生邊沿盡量快的射頻脈沖,這樣才能夠生成更窄的脈沖,提高距離分辨率。
值得一提的是,雖然射頻開關可以當做脈沖調制器,但是其上升時間并不是前面介紹的切換時間。開關的切換時間受限于其控制電路的響應時間,而上升時間則取決于開關支持的帶寬。