漫谈示波器的DDC（数字下变频）技术

存储深度 = 采样率 × 捕获时间 (7)

从(7)式可以看出，对于固定的存储深度，采样率和捕获时间成反比关系。如果想要增加捕获时间，就意味着采样率会下降，如果采样率降低，就会意味着信号发生混叠的风险。即对于传统数字示波器的频谱分析，如果要提高频率分辨力，那么就会面临信号混叠的风险，或者说只能进行低频率信号的分析；如果要进行高频率信号的分析，为了保证采样率，那么频率分辨力必然不能提高。

对于这种矛盾的关系，R&S示波器引入了DDC等一系列处理方式很好的解决了问题。

图16 R&S数字示波器频谱分析框图

图16显示了R&S示波器的频谱分析流程，图17显示了频谱分析设置框图。

图17 R&S数字示波器频谱分析设置

与传统数字示波器相比，R&S示波器引入了DDC模块，使信号在FFT之前先下变频到基带。设置中心频率Center frequency等效于设置本振频率，使信号下变频到基带，因此对基带信号进行重采样时，即使用较低的采样频率也不会造成信号混叠，从而在有限的存储空间中能采集最长时间的信号，因此频率分辨率（RBW）能够得到有效的保证。通过设置频率跨度Frequency SPAN，可以在硬件上将FFT的计算范围缩小到所设定的带宽内，而不用对整个频率范围都进行FFT计算，从而提高处理速度。此外，FFT的计算方式也采用分段重叠的计算方式，从而能够更好的体现出频谱的细节。总之，与传统数字示波器频谱分析相比，采用R&S示波器频谱分析结构主要具有如下几点好处：
•由于采用硬件处理等方式，频谱分析速度快，能做到实时的频谱分析；
•频谱分析设置同频谱分析仪类似，直接对频谱参数进行设置，而不再需要进行复杂的时域参数调整；
•具有大的动态范围；
•即本文讨论的重点，由于采用了DDC结构，可以将信号先下变频到基带，再以较低的采样频率对其进行重采样，从而在有限的存储空间内能够采集最长时间的信号，根据公式(6)可以很好的保证频率分辨率（RBW）。即不用再在信号频率与RBW之间纠结折衷的方案。

对此我们进行以下实验。

使用信号源产生频率为3GHz的单频正弦波信号。如果使用传统示波器频谱分析方法，采样率必须设置为6GSa/s以上信号才不至于混叠，那么根据公式(6)和(7)，在有限的存储空间内必不能得到很好的RBW。但如果使用R&S示波器频谱分析方法，设置如图18所示：

图18 R&S数字示波器频谱分析设置

中心频率设为3GHz，RBW设为5kHz，窗函数采用Blackman Harris窗。频谱分析结果如图19所示。我们注意到，由于采用了DDC结构，采样率设置为了2.5GSa/s，并不需要满足信号频率的2倍以上关系，因为此时的采样率在频谱分析中实际为重采样率。在频域测量结果中可以看出，信号频率为3GHz，与信号源输出频率一致。因此，可以看出使用R&S示波器频谱分析结构，即使对于高频率的信号，仍然能够有很好的频率分辨率。

图19 R&S数字示波器频谱分析结果

4 小结

通过以上讨论可以看出，R&S数字示波器采用DDC技术，无论是在射频信号采集分析（I/Q解调）还是在频域分析中，都能最大限度的利用示波器宝贵的存储空间，将信号的多域联合分析发挥的淋漓尽致。