低相位噪声射频信号源领域的新标准用于航空电子测试测量

本白皮书概括介绍了艾法斯SGA模拟信号发生器的功能和性能，重点介绍其领先的超低相位噪声和切换速度指标所依赖的技术，以及关于最新增加的航空电子测试测量选项的信息。

作为一种紧凑型便携式通用模拟信号发生器，SGA模拟信号发生器仅为半机架宽度，4U机架单元高，该系列提供SGA-3和SGA-6两个型号，频率范围分别为100kHz～3GHz和100kHz～6GHz。其硬件指标的高性能直接瞄准研发实验室应用，频率和电平切换速度则适用于制造业测试系统对高速切换的要求，如RFIC等，且提供了更为经济的购买价格。
该系列产品主要可选功能选项包括高RF功率输出、模拟调制（AM/FM/PM）、脉冲调制和航空电子等。

图 1：艾法斯 SGA射频信号发生器提供快速建立时间和低相位噪声，并新增航空电子测量选件

相位噪声和速度

SGA的优异相位噪声特征和低失真信号电平使其能够应对现代接收机和RF通信系统最为广泛和最为严格的测量。在其SSB相位噪声性能典型值达到-135 dBc/Hz（载波频率为1 GHz，频率偏移20 kHz）的情况下，依然可以实现测量超过80dB动态范围的接收机选择性。与该超低相位噪声性能相结合并能同时实现的是一个超快速的频率合成器和同样快速的RF电平控制回路，可使载波频率或RF电平在100 μs（列表模式）或5 ms（传统模式）内建立并实现任意切换。这些参数可确保在半导体生产试验如RFIC及跳频应用(如调频电台)中的最大吞吐量。

图 2：SGA超高速、低相位噪声合成器原理框图

图3 所示的低相位噪声性能是使用图2 所示的多回路合成器来实现的。一个低噪声“参考”相位锁定回路（PLL）使用一个以最大输出运行的低噪声晶体振荡器（为实现最佳信噪比）来使一个分数乘法器产生一个频率范围为967-1350 MHz（22.5 MHz 阶跃）的信号。为了在22.5 MHz 阶跃之间进行内插，一个“内插”PLL 提供一个调谐范围为11.25 MHz（从22.5 MHz 至 33.75 MHz；如果要产生宽频FM，则从33.75 MHz 至55 MHz，以提供额外的 ±10 MHz 摆动）的振荡器。然后，一个“输出”回路向参考和插值 PLL 添加或从其减去该频率，从而使内插振荡器的调谐范围保持为绝对最小值。

上述输出回路由一个频率加倍到1000-1333 MHz的VCO组成。混合该信号与低噪声参考信号。对差频与内插信号进行相位比较，在控制 VCO 来完成回路前对相位检测器输出进行低通滤波。

实现如此快速的建立时间使用了低噪声D-A转换器来预控制VCO和经过电压调谐的变容二极管带通滤波器。分数乘法器中的PLL和输出回路使用具有低本底噪声但捕获范围有限的基于混频器的相位检测器，所以预控制使VCO处于所要求的区域内。精确调谐是使用数字鉴别器来实现的。一个FPGA在相位检测器位置比较两个信号的频率，并通过修改预控制电压使VCO接近正确频率。这会使VCO进入PLL的捕获范围，其在该范围内锁定和在100 μs 内迅速建立到0.1 ppm 范围内。

图 3：该系列典型相位噪声曲线

RF 电平

标准配置最大值为+13 dBm的RF输出可设置为0.01 dB的分辨率。可使用高功率选项将最大校准后RF电平增加到+20dBm。RF电平控制方面还有许多内容是产品资料中未介绍的，S-系列确保RF性能的质量超出规范要求方面也给予了特别注意。主要特点有：

• 该系列在使用过程中任何频率或电平变化均不会产生正RF电平瞬变，这一特点在测试功率放大器等射频组件时尤其重要，因为任何过大的正电平跳变或突发可能会导致被测器件损坏或硬伤。

• 信号源输出端口VSWR得到控制并进一步降低不必要的反射信号，以帮助确保在负载匹配不理想时达到指定的RF电平精度，这种情况常见于自动测试系统——其中的电缆和开关位于信号发生器和DUT之间。

• RF输出端口确保单调性（单一方向）。单调性是衡量RF电平以精细RF电平阶跃步进或步降而在目的方向的反方向上没有RF输出变化的能力的标准。这可以显著减小接收器灵敏度测量的误差容限，该特性使得SGA更适用于当代大动态范围接收机的测试应用。

• 非常理想的可重复性可确保每次都产生相同的RF电平。

通过使用一个能够以0.25 dB 增量设置到最132 dB的输出衰减器，还能在100 μs 内快速建立稳定的RF电平。这意味着只有在RF 电平调整增量超过0.25 dB 时才需要ALC。所检测到的RF输出的DC 电压被馈入一个由FPGA读取的ADC。在该FPGA内，校准数据被应用，且来自该FPGA的一个数字输出被馈入一个DAC，该DAC预控制ALC，使之几乎精确达到所要求的电平，ALC很少需要再做什么。过程中使用了非常快速的衰减器开关。

对于SGA-3，逆功率