中频数字化模块方案及工作原理

中频数字化是现代电子测量仪器也是矢量信号分析仪的先进技术手段，中频数字化为仪器设计带来了很多便利和好处，为数字信号处理技术的应用打下了基础，不但能提高分析仪的性能，提高测量的稳定性和可靠性，而且还能降低仪器成本。矢量信号分析仪采用数字信号处理技术实现信号的分析，因此中频数字化模块的设计方案是中频通路硬件设计的关键。数字化中频模块技术方案原理框图如图3-28所示。

图3-28　数字化中频模块原理框图(www.xing528.com)

经多级变频后输出的频率为21.4 MHz的第三中频信号进入数字化中频模块后，首先经过开关预选滤波器组。滤波器组由三选一开关进行选择，包括直通通路、晶体滤波器预选通路和LC滤波器预选通路，晶体滤波器和LC滤波器均采用单级形式，带宽根据分辨率带宽的设置要求进行调节，预选滤波器的作用是防止模拟中频产生三阶失真产物，经预滤波处理的中频信号输出至抗混叠滤波器，但在矢量信号分析模式时选择直通方式。信号经抗混叠滤波器或直通后通过程控步进增益放大器改变信号幅度，从而适应不同幅度信号的测试，步进增益的范围是-30～50 dB，步进为1 dB。步进增益电路输出的信号与低频噪声相加后，进入A/D转换器进行数字化，A/D转换器位数为14 bit、采样率最大可达100 MHz。低频噪声信号加入中频信号的目的是提高小信号检测灵敏度。中频数字化后形成的数据流分两路通过数字乘法器分别与本地数字振荡器（NCO）产生的cos分量和sin分量相乘，实现输入信号在频域的搬移，即载波频率为零，随后进入CIC数字低通滤波器，并进行相应的抽取，然后再经过FIR滤波器，得到同相分量I（in-phase）和正交分量Q（quadrature）两路基带信号，从而实现中频信号的数字下变频和两路正交基带信号的获得。

由于测量速度的要求，数字混频、CIC滤波和FIR滤波均采用硬件来完成，同时在设计时需要兼顾频谱分析和矢量信号分析的不同要求。