基于PLL技术的频率综合器应用极其广泛,无论是通信还是雷达系统中,PLL频综都是必不可少的。因为PLL频综具有非常高的频率稳定度,相噪性能非常优异,这些都是保证通信和雷达系统性能的重要因素。PLL是一个负反馈控制系统,图5给出了简要架构示意图,从闭环传输特性看,PLL具有一定的环路带 宽,这主要取决于环路上的低通滤波器——Loop filter。环路带宽不仅决定了输出信号的相噪性能,而且也决定了PLL锁定的速度。相噪性能和锁定速度是PLL频综开发工程师必须要折中考虑的两个参数,因此在调试阶段也是必测的两个参数。
图5. PLL频率综合器架构示意图
对于锁定时间的测试,传统测试方法是直接将PLL输出的射频信号馈入频谱仪,然后在zero span模式下设置触发观测射频信号的包络。但是这种方式有两个缺点:
① 以触发位置为时间参考点,而PLL在触发时刻之前已经开始工作,无法准确标定锁定时间;
② 由于这种方法是从包络上判定是否锁定完成,测试误差会很大。因为信号的包络与频谱仪设置的RBW关系很大,存在这样的情况——即使频率没有完全锁定,但是信号依然可以完全通过RBW filter,从而得到正常的包络信号。此时,标定的锁定时间会偏小,而不能正确反映PLL的性能。
使用Spectrum View的瞬态分析功能可以轻而易举地解决这个问题,测试连接如图6所示,待测PLL电路除了将射频输出连接至示波器之外,同时提供一路同步触发信号,以此作为时间基准。在瞬态分析模式下,调出Frequency_vs_Time波形,当频率锁定后,接近一条直线,观测在哪个时刻频率锁定成功 (比如,定义频率误差在标称频率的±5%以内即认为锁定成功),从而准确测试锁定时间。
图6. PLL频率锁定时间测试连接示意图
图7. PLL频率锁定时间实测结果
(3) 射频开关切换时间测试
作为射频电路中常用的器件,开关通常用于多个射频链路之间的切换,从而实现分时工作。比如智能手机基本都支持多种无线通信制式,各种制式之间的切换就是通过射频前端的开关实现的。这类射频开关为单刀多掷开关,通常除了关注开关的插损、隔离度、驻波比等参数外,还要关注开关的切换时间,以保证各个链路之间严格的时序关系。
如何测试开关的切换时间呢?图8给出了测试连接示意图,示波器是整个测试的核心设备,此外还需要一台信号源,用于给开关提供射频激励信号。测试过程中,信号源提供CW信号馈入开关,控制电路在控制开关切换的同时,也给示波器提供一路触发信号作为时间参考。为了准确测试切换时间,需要得到开关输出的射频信号的包络,在示波器侧通过比较外触发信号与包络信号之间的延迟,便可以确定切换时间。
示波器通常借助于外部的包络检波器测试信号包络,但是这会引入额外的时延,从而影响测试精度。相比之下,Spectrum View可以直接显示射频信号包络 (Magnitude_vs_Time),测试更准确、应用更方便。
图8. 射频开关切换时间测试连接示意图
(4) 脉冲调制器上升时间测试
脉冲调制器是脉冲体制雷达系统中的关键部件,可经外部控制产生具有快速上升/下降沿及高开关比的射频脉冲信号。脉冲调制器往往采用单刀单掷射频开关实现,其决定了能够产生的射频脉冲的上升/下降时间及开关比。实际应用中,往往希望能够产生边沿尽量快的射频脉冲,这样才能够生成更窄的脉冲,提高距离分辨率。
值得一提的是,虽然射频开关可以当做脉冲调制器,但是其上升时间并不是前面介绍的切换时间。开关的切换时间受限于其控制电路的响应时间,而上升时间则取决于开关支持的带宽。