СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 Линейный режим LeCroy 830Zi-A Опорный уровень –3 дБ Опорный уровень –0,5 дБ Опорный уровень 0,5 дБ Импульсный режим LeCroy 830Zi-A Частота, ГГц Амплитуда, дБ 3 2 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 0 10 20 30 40 50 Реле и атте- нюатор Гетеродин 0–32,5 ГГц 32,5–65 ГГц Верхний диапазон преобразуется в область 0–32,5 ГГц Выход нижней полосы Выход верхней полосы Диплексер Тактовая частота Предуси- литель Предуси- литель Выборка и хранение Выборка и хранение АЦП Память Память АЦП уменьшается вдвое и равномерно рас- пределяется в пределах новой поло- сы Котельникова. Конечно, целью вре- менного уплотнения в нашем случае является расширение полосы пропу- скания системы за счёт расширения полосы входного аналогового интер- фейса и повышения частоты дискре- тизации, но следует отметить, что если полоса остаётся той же, что была опи- сана вначале (используется тот же фильтр для ограничения полосы про- пускания осциллографа), то общий эффект будет заключаться в сниже- нии уровня шума. Практическая реа- лизация этого метода демонстрирует снижение шума на 15–20%. К АНАЛЫ С ЧАСТОТНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ И ПОНИЖАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ Понижающие преобразователи частоты используются в приёмниках и других РЧ-устройствах уже более ста лет. Концепция проста: смешиваем две частоты и получаем сумму и разность этих частот (этот процесс называется гетеродинированием). Если правильно выбрать одну из этих частот (например, частоту гетеродина) по отношению к другой частоте, то можно получить разностную частоту в более удобном (как правило, более низком) диапазо- не и далее работать с ней. В осциллографах понижающие преобразователи частоты тоже при- меняются достаточно давно. Раньше понижающий преобразователь был внешним блоком, и его согласование и калибровка представлялись весьма непростыми задачами. Позже понижа- ющие преобразователи стали встраи- ваться непосредственно в осциллогра- фы. Если частоту гетеродина осцил- лографического канала установить равной половине полосы пропуска- ния аналогового интерфейса, то это позволит захватить сигналы верх- ней половины полосы осциллогра- фа с помощью одного АЦП, а сигналы нижней половины – с помощью дру- гого АЦП. Схема канала со смесите- лем представлена на рисунке 5. Рекон- струкция сигнала путём «склейки» верхней и нижней половин спектра выполняется в современных цифро- вых осциллографах реального време- ни цифровым сигнальным процес- сором. Первый такой подход в виде функ- ции, встроенной в цифровой осцил- лограф, которую назвали «Цифро- вым уплотнением полосы» (DBI), реа- лизовала компания LeCroy. Недавно компания Keysight последовала этому примеру, предложив входные каналы «RealEdge». Основное преимущество для разработчиков осциллографов заклю- чается в том, что каждый АЦП должен иметь частоту дискретизации, превы- шающую общую полосу пропускания канала. Однако этот метод сопряжён с другими конструктивными пробле- мами. После захвата данных и записи их в память нужно повысить частоту тракта верхнего диапазона до исход- ного значения с помощью методов цифровой обработки сигнала. Объе- динить две половины спектра и рекон- струировать сигнал достаточно сложно. Поскольку сигнальные тракты не иден- тичны, нужно компенсировать эти раз- личия путём калибровки, которая явля- ется задачей цифрового сигнального процессора. Кроме того, в связи с при- менением полосовых фильтров для раз- деления спектра на две половины, точ- ное восстановление центральной части спектра оказывается проблематичным. В зоне объединения наблюдаются про- блемы с равномерностью АЧХ и линей- ностью фазы. На рисунке 6 показана амплитудно- частотная характеристика осцилло- графа LeCroy 830Zi-A, который исполь- зует DBI в диапазоне выше 16 ГГц. Обратите внимание, что в диапазоне 0–5 ГГц АЧХ достаточно равномерна, но приобретает иной характер в диа- пазоне 15–30 ГГц. Компания LeCroy предлагает три различных режима «оптимизации». Равномерность АЧХ для двух из этих трёх режимов рази- тельно отличается. Например, зна- чение амплитуды на частоте 22 ГГц в линейном режиме будет примерно на 10% меньше реального значения. В режиме импульсной оптимизации Рис. 5. Пример канала со смесителем Рис. 6. Амплитудно-частотная характеристика осциллографа LeCroy 830Zi-A 100 мВ/дел., 80 Гвыб./с, 30 ГГц © СТА-ПРЕСС