本文目录一览：
- 1、基于锁相环的L波段频率源设计与实现_L波段频率
- 2、频谱分析仪计量能够实现自动计量吗？
- 3、安捷伦是德N9000A频谱分析仪开机报错，开机后继电器一直在跳，怎么处理？
- 4、频谱分析仪的寿命是多长时间？
基于锁相环的L波段频率源设计与实现_L波段频率
频率源为电子系统提供参考频率和时钟基准，是电子系统的心脏，它对整个系统的性能指标起决定性作用。微波频率源在通信，雷达，导航，测量等方面有极其重要的应用。其相位噪声和杂散抑制的性能直接影响整个系统的性能。因此，低相位噪声、高频谱纯度和高稳定度的频率源将是主要的发展趋势，采用锁相环实现的频率源就满足该要求。随着芯片集成度的提高，鉴频/鉴相器、电荷泵、分频器能够集成在一块芯片上，还有的甚至集成了压控振荡器，设计者只需设计环路滤波器就可以实现基于锁相环的频率源。这大大简化了设计过程和电路结构。
电荷泵锁相环基本原理
电荷泵锁相环(CPPLL)是由鉴频/鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LF)以及压控振荡器(VCO)等模块构成的[1～2]，其结构框图如图1所示。
锁相环是一个反馈系统，它通过鉴相器比较输入信号和反馈信号的相位差，得到一个与相位差大体成线性关系的误差电流。该误差电流经过环路滤波器的积分作用之后得到一个误差电压来控制压控振荡器输出所需的频率，从而使锁相环锁定。电荷泵是由驱动一个电容的两个开关电流源构成。电荷泵锁相环有两个突出的优点：(1)捕获范围仅仅由压控振荡器的输出频率决定；(2)如果忽略失配与偏差，静态相位误差为零。
锁相环主要技术指标
相位噪声
锁相环是处理相位信号的电路，所以很容易受到相位噪声(在时域，与之对应的是时钟抖动)的影响。相位噪声的主要来源有参考晶振、分频器、鉴频/鉴相器、压控振荡器[3]。带内的相位噪声主要由参考晶振、分频器、鉴频/鉴相器决定；带外的相位噪声主要由压控振荡器决定。即是说，锁相环对参考晶振、分频器、鉴频/鉴相器的噪声呈现低通特性；对压控振荡器的噪声呈现高通特性。可以通过增大鉴相频率、减小环路带宽等措施来减小相位噪声。相位噪声可以通过公式(1)来估算。
=++(1)
其中1HzPN为1Hz归一化噪声基底，PFDF为鉴相频率。
杂散
杂散是由器件的非线性以及微波的辐射等因素造成的。锁相环中最主要的杂散是参考杂散，它是由电荷泵的源电流与汇电流失配、电荷泵漏电以及电源退耦不够等因素造成的。当鉴相频率比较低时，电荷泵漏电引起的杂散占主导地位；当鉴相频率比较高时，电荷泵的源电流与汇电流失配引起的杂散占主导地位。一般的，鉴相频率高低的交界大约为100kHz～200kHz。可以采用下列措施来提高对杂散抑制：(1)尽量避免或少用混频器，(2)在混频器处加金属隔离，(3)良好的接地。
稳定性
当有外来干扰进入电路时，锁相环的相位误差就会偏离原来的平衡状态，当干扰消失后，若环路能够恢复到原来的平衡状态，则这样的锁相环是稳定的。工程中常用相位裕量来衡量环路的稳定性。相位裕量越大，环路越稳定，但是大的相位裕量会使系统响应的过渡过程变长。一般相位裕量设为45°到55°之间，环路带宽设为鉴相频率的1/10到1/20之间。这样，锁相环易于锁定，而且环路是稳定的。
电路实现
本文设计的1.42GHz点频源为某超外差接收机提供本振，其原理框图如图2所示[4～5]。
PCB板材选择的是ROGERS的RO4003C。该板材的介电常数为 3.38，损耗角正切为0.0027，厚度为0.508mm。该PCB板材较薄，可以减小电路尺寸。
2 0 M H z晶振采用的芯片是CFPT-9007，该晶振具有稳定度高、相位噪声低等特点。晶振的相位噪声为-135dBc/Hz@1kHz，它对系统相位噪声的贡献理论为：
鉴相芯片采用的是ADI公司的ADF4106芯片，该芯片内部集成了分频器、数字鉴频/鉴相器以及电荷泵等模块，具有很宽的工作带宽(0～6GHz)，低相位噪声，且工作温度范围较宽。ADF4106的归一化相位噪声基底约为-219dBc/Hz，由式(1)可以计算出鉴频/鉴相器对系统的相位噪声贡献为-109dBc/Hz。由此可知整个锁相环电路的相位噪声理论上接近-98dBc/Hz@1kHz。
压控振荡器采用的是Z-Communications公司的V585ME48-LF，该压控振荡器可输出的频率范围是950MHz～2050MHz，供电电压为10V，压控灵敏度为81MHz/V，相位噪声为-99dBc/Hz@10kHz，输出功率为2dBm，具有很好的杂散抑制度和谐波抑制度。当输出1.42GHz频率时，需要的调谐电压是+5V左右，所以给ADF4106的电荷泵供电电压为+5.5V。
环路滤波器是设计锁相环电路时设计者可以灵活设计的部分。环路滤波的作用是滤除误差电压中的高频成份和噪声，以保证环路所需要的性能，增加系统的稳定性。本设计采用的是三阶无源滤波，如图3所示。
环路滤波器中的电阻值和电容值可以手动计算。为了简化设计过程，采用AD公司的软件ADIsimPLL来计算。在软件界面中输入所需的参数，就会自动计算出元件值。经过适当调整环路带宽和相位裕量，锁相环电路就会锁定。
微控制单元(MCU)采用的是PIC16F648A单片机。工作电压为+5V，速度高达20MHz，有两个8位的端口。它与ADF4106相连，上电工作后向鉴相芯片发送数据，来控制鉴相芯片内部的R计数器、N计数器以及功能锁存器，使锁相环能够锁定。
压控振荡器输出的信号还要经过π型衰减器、放大器来调节输出的功率大小，以满足系统要求。最后经过滤波器，以抑制杂散，使频谱更纯。
电磁兼容的考虑
要使一个系统有良好的性能，对电磁兼容的考虑是很重要的。本设计从以下方面对电磁兼容进行了考虑。
为了匹配良好，画PCB版图时信号线的特性阻抗为50Ω，经过ADS计算，其宽度为1.05mm。信号线与芯片管脚之间采用的是渐变的微带线连接，这样可以减小信号的反射。电源通过穿心电容从外面接入，可以防止外部的干扰信号进入电路。在画接地的焊盘时为保证接地良好，尽量使过孔靠近焊盘。铺地很重要，良好的接地可以有效减少杂散，在PCB板空余地方要铺上地。铺地与信号线之间的距离要大于两倍的PCB板的厚度，即大于1.016mm，这样才对信号线的特性阻抗影响不大。铺地边沿均匀地打上过孔，过孔的间距小于λg/20(λg为该系统的信号最大频率对应的在介质中的波长)，铺地的中间随机地打上过孔。这样既有很好的电磁兼容特性，又增加了PCB板的机械强度。
测试结果
制作出来的实物如图4所示，该实物结构紧凑，体积小巧，性能良好。
采用Agilent E4407B频谱仪分别对该频率源的功率、相位噪声和杂散进行了测量，其结果如图5所示。
结论
本文给出了设计基于锁相环的L波段频率源的方法，并制作出实物，证明了方案的可行性。通过对电路的反复调试，使性能达到最优。经过测量，相位噪声为：-80.4dBc/ Hz@1kHz，杂散抑制优于-55dBc，输出功率大于6dBm，均满足指标要求。并且，电路结构简单，体积小巧，性能优良，能够用于实际电路中为某接收机提供本振。
参考文献：
[1]Behzad Razavi.射频微电子[M].北京:清华大学出版社,2006
[2] 张厥盛,曹丽娜.锁相与频率合成技术[M].成都:电子科技大学出版社,1995
[3]Analog Devices Inc.锁相环常见问题解答[EB/OL].2003
[4]陆继炳,杨涛.X波段点频源及S波段收发单元设计[D].电子科技大学硕士学位论文,2011
[5]叶莉娜,陈宏素等.基于锁相环技术的X波段频率源的研制[J].微波学报,2010,(8):311-313
频谱分析仪计量能够实现自动计量吗？
据我了解目前很多企业还是手动计量。频谱分析仪是一种带有显示设装置的超外差接收设备，大量的高精度产品测量需求对频谱分析仪性能的要求越来越高，使得仪器的检定校准要求也不断提升。频谱分析仪的型号多种多样，如E4407B、E4440A等，操作起来各有不同，需要操作人员对设备性能熟悉。检定工作中要用多台仪器来标定数十个指标，工作量大，耗时长（计量一台频谱分析仪一般需两个工作日）。特别是手动检定，受操作者个人习惯、手工记录数据等因素影响，尤其是长时间的重复操作，难免出错，引起测量结果背离实际。
当然不乏有好多好多企业已经用上了自动化的软件。频谱分析仪自动计量系统。能够解决手动计量带来的困扰，将两天的工作量，缩小到一个小时就能完成。
?NSAT-3050频谱分析仪自动计量系统主要由信号源、功率计、频率计数器和频谱分析仪组成。系统连接也是非常的方便，一次连线。多次测试。系统同时兼容GPIB、RS232、LAN、USB等多种仪器通信方式。
?系统兼容多是德、泰克多厂家、多型号的频谱仪、信号源，自动存储计量数据，自动生成计量报告；
?软件界面友好，操作方便，用户可快速上手操作。
安捷伦是德N9000A频谱分析仪开机报错，开机后继电器一直在跳，怎么处理？
出现黑屏现象有可能显示器故障，或尝试更换系统，对仪器CPU板、本振板、硬盘进行检测。是德射频类仪器常见故障有：
可维修故障：
1.测量电平低
2.高频段测量幅度超差大
2.LO unlock
3.低噪高
4.IF OVERLOAD
5.不开机
6.不显示等
出现以上故障现象初步怀疑仪器内部射频部位有故障，可以检测下是否是射频板损坏，若是损坏，更换射频板损坏组件，模块，维修电路，调整检测仪器。
如何避免频谱仪损坏呢：
一、阅读警告标签和技术指标
使用仪器前首先查阅技术指标说明书：
1、不得超过技术指标指南中提供的参数值，或分析仪上黄色警告标签指示的值。
2、关于要达到所列出的技术指标需要哪些条件，参考技术指标指南。请注意关于稳定时间、仪器设置和校准要求的信息。
本文以E4440A为例：E4440APSA前面板上的黄色警告标签指示，适用的最大射频输入功率为30dBm(1W)和0Vdc直流耦合电压或100Vdc交流耦合电压。因此在使用过程中测量范围不得超过该指示范围，否则将会损坏仪器。
二、不能给分析仪输入过大功率
以E4440A频谱仪为例：
1、限制将要使用频谱分析仪进行测量的信号电平，避免前端损坏。在前端施加过大功率可能会导致前端元器件受损。典型最大射频输入信号电平为30dBm1W)。
2、在打开或关闭连接的设备或被测件之前，关闭被测件/信号源或降低被测件/信号源的功率。这样有助于预防意外的电压升高或下降，避免对分析仪的输入或输出造成影响。
3、根据需要适当使用直流阻断器、限幅器或外部衰减器。
三、确保正确接地
使用仪器时确保正确接地
1、始终使用分析仪附带的三相交流电源线。
2、将仪器正确接地，预防静电荷积聚。大量静电荷的积聚有可能造成仪器损坏和给操作人员带来人身伤害。
3、不得使用无保护接地导体的延长电缆、电源线或自耦变压器等，以免破坏接地保护。
4、检查交流电源的质量和极性;通常要求的交流电压为100V、120V、220V±10%或240V+5%/-10%。通常预期的接地线电阻<1Ω，中性线和接地线之间的电压<1V，必要时安装不间断电源[UPS]。
四、注意静电防护,尤其是裸露在外的各个接口的静电防护。
1、静电放电(ESD)可能损坏或损毁电子元件。因此，应尽量在防静电工位上进行测试。使所有元器件与可能产生静电的材料离开至少1米远。在将同轴电缆连接到分析仪之前，将电缆的中心和外层导体一起瞬间短路接地。
2、在运输和移动设备之前，在所有射频连接器上安装ESD防护罩。
五、注意避免接口热插拔:先接好接口,再加信号;先断开信号,再断开接口连接;
1、避免反复弯折电缆。弯折角度过大可能会立即损坏电缆。
2、限制连接和断开连接的次数，以减少磨损。
3、在使用连接器之前进行检查;查看是否有污垢、裂纹和其他损坏或磨损迹象有问题的连接器有可能导致完好的连接器也很快出现问题。
4、始终使用扭矩扳手和量规工具来连接射频连接器。
5、清洁沾染污垢的连接器，避免连接的电气性能受到影响或连接受损。
六、确保仪器工作于合适的环境：
1、保持适当的通风和湿度条件
一般的，仪器设备应工作于适宜的环境下：温度：5℃-40℃?，相对湿度：20%-80%，并要避免强电场/磁场，灰尘环境和阳光直射，远离震源、水源和腐蚀性气体等。
对于有些用于特殊环境（如航空/矿山/深水等）的特殊仪器，另有如防水/耐高温等等特殊要求。
2、当在机箱中安装产品时，不得阻碍进出仪器的空气对流通道。机箱每消耗100W功率，环境温度必须比产品最高工作温度低4°C。如果机箱总功耗大于800W，那么必须使用强制通风装置。
频谱分析仪的寿命是多长时间？
3-5年左右。根据查询爱采购网资料显示，周林频谱仪是一种高精度的仪器设备，其使用寿命受到多种因素的影响，包括使用环境、使用频率、使用方式等。一般来说，周林频谱仪的使用寿命为3-5年左右。当设备使用寿命接近时，会出现一些故障现象，如频率不准、精度下降等。此时需要进行维修或更换设备。为了延长周林频谱仪的使用寿命，需要注意以下保养事项：1.保持清洁：频谱仪长时间使用后，会积累一些灰尘和污垢，应该定期进行清洁。使用软布和清洁液擦拭，注意不要把液体滴入设备内部。2.防止振动：在运输或工作时要避免频繁移动和震动。保持设备平稳，不要受到外部冲击。3.注意防潮：频谱仪不能放置在潮湿的环境中。使用时保持设备干燥，防止水分进入设备内部，影响设备正常使用。4.及时进行校准：频谱仪需要定期校准，以保证测试结果的准确性。校准前应当仔细准备好所需工具和材料，并按照使用说明书进行操作。5.妥善存放：当频谱仪不在使用时，应当放置在干燥、温度适宜的地方。避免阳光直射和高温环境。
