频谱分析仪中频增益动态分配设计

　　1引言

　　频谱分析仪作为基本信号分析类仪器，应用广泛。与示波器不同，采用超外差扫频和窄带中频信号处理技术，频谱分析仪可以实现远高于示波器的频率和幅度范围的测量分析能力。’

　　在中频增益不变的情况下，由于中频信道的无失真动态范围比整机输入信号幅度测量动态范围小得多，因此需要中频放大器根据整机幅度测量参数设置做出相应的增益调整既中频增益分配，实现最佳的相对幅度测量动态范围。

　　然而中频放大器的增益控制是离散的，中频增益分配误差将直接反映在整机相对幅度测量准确度指标上。通用频谱分析仪大都采用预先校准的方式，即在一次完整的中频参数校准过程中得到中频放大器的控制与增益关系列表，在之后的中频增益分配中通过查找表来设置中频放大器增益，模拟中频增益分配后的剩余增益通过数字补偿实现精确分配。

　　采用预先校准方式的中频增益分配技术存在两个明显的缺点:

　　(1)工作环境随着时间发生变化造成模拟电路参数发生变化，校准数据的可信度不断降低;

　　(2)通过再次执行中频参数校准可以提高校准数据的可信度，但是校准过程通常需要较长的时间，严重影响测量效率。

　　本文所设计的频谱分析仪采用中频增益动态分配技术，有效地解决了传统增益分配方式的不足。其原理框图如图1所示。

　　2中频增益动态分配算法的整体设计

　　频谱分析仪采用数字中频技术，受制于ADC器件的无杂散动态范围(SFDR)，需要中频放大器提供可变增益来优化整机的相对幅度测量动态范围。

　　根据图2所示的模拟中频信道构成，当被测信号进入中频通道的中频输入电平为i几level时，为达到最大测量范围，ADC读数应为ADC_ MAX。但考虑到通道中可能存在增益压缩与ADC器件的无杂散动态范围等因素，还需调整该测量范围达到优化的结果，因此取ADC读数的一部分作为正常测量所使用的范围。根据经验范围的上限可取值为((ADC_MAXX0.8)，记为MAX_ TARGET_ ADC，并将if level对应的ADC读数记为REF_ ADCO。理想条件下有REF ADCO=MAX TARGET ADC。

　　该频谱分析仪在硬件电路上还满足ADC读数与输入信号的功率(采用负载为5 0 S2匹配下的电平形式表示)成正比关系，有:

　　式中的k为当前中频增益的分配状态。

　　中频增益动态分配算法认为对于一个稳定不变的if level，中频增益的变化可通过ADC读数的变化得到体现:中频增益没有改变，ADC读数就不会改变;ADC读数发生变化是因为中频增益发生了变化，而且中频增益的变化量可通过式(1)与ADC读数计算得到。因此若需要实现预期的中频增益分配，只要调整中频增益使得ADC读数发生相应的变化即可。