现今市面上有为数众多的分析仪器。有些相当专业化，有些则提供一般性的射频测量功能；有些名为频谱分析仪，有些称为讯号分析仪。这类设备都能量测、显示频率与波型振幅。而在讲究成本控制的产业里，工程师必须为每一分的企业投资争取到最高的价值。本文将协助工程师在评估市面上众多任务具时，考虑相关的问题，并在做采购仪器的决策时，充份掌握各方面的信息。

了解价值与效能的关系

一部分析仪的售价，某种程度取决于其组件的成本。若分析仪在设计时采用低成本的组件，其售价虽然极具吸引力，但其效能通常受到限制。效能所指为何呢？混频器、LO放大器、A/D转换器、中频FPGA/ASIC、以及微处理器等组件的选择，都会影响到成本与效能。例如，一个单回路区域振荡器设计，可能成本相当低廉，但却可能导致一定程度的相位噪声扭曲，使得量测结果失去参考价值。另一方面，低价位的微处理器从成本而言可能很吸引人，但若分析仪使用低价位微处理器来为任何种类的DSP执行解调时，频谱分析仪的执行速度就会相当迟缓。

以下列举几种创新的方法，不仅带来充裕的效能，还能使成本与最终的产品价格控制在合理范围：

要扫频或不扫频

许多传统的分析仪制造商仍然采用扫频架构。这种功能虽然适合μWave与mmWave的频谱分析，但许多创新的射频分析仪供货商已舍弃这项传统的扫频系统，而采用各种讯号处理技术，开发出一种在大多数情况下表现更优异的类似量测方案。例如向量讯号分析仪就是很好的例子。

量测速度

在评估分析仪时，其中一项重要问题就是：「量测数据是以怎样的方式处里」。有些仪器采用多颗处理器，以便迅速产生结果，有些则让主处理器负责一般的仪器管理工作，量测作业则由一个FPGA或ASIC来负责。有些则是由一颗微处理器包办所有作业。显然最后一种方法对供货商来说是最省成本，但在面临到较复杂的调变机制时，速度就会慢到无法接受。如此看来，采用以DSP为基础的IQ量测引擎，所形成独特的高速架构，才能提供业界最高效的量测基础。

频率范围

不要购买超出需求的频率范围：频率范围是影响仪器价位的主要因素之一。许多分析仪的频率上限约在2.5GHz、6GHz、13GHz、以及26GHz。而高效能的仪器则通常可量测到50GHz。若工程师正着手于手机或使用公用频段（ISM）的产品，如802.11b/g无线局域网络装置，通常最符合成本效益的会是上限频率3GHz以下的分析仪。

CW量测

接着将讨论一个简单的频谱例子，如(图一)所示。这里有两个讯号：一个CW或称载波，以及一个比较小的干扰讯号。载波有许多特性，有振幅、频率、相位噪声、以及宽带噪声。振幅是组件在特定频率下发射出的频谱能量。相位噪声就是讯号的裙边带，反映出讯号的稳定度或频谱的纯净度。产品中的区域振荡器，通常是造成这类讯号相位噪声的元凶。在图一左边可以看到一个不想要的讯号，或假讯号。这种讯号的来源，可能是附近有大型讯号发送器，或由系统中其他组件所产生，例如微处理器的频率。

《图一 频谱图例》

振幅量测

振幅量测得越准确，量测结果就越可靠或越确定。在评估分析仪时，低于0.6dB或3GHz的仪器，就不必列入考虑范围。

噪声量测与低强度信号

在量测噪声与/或低强度信号时，应使用有内建前置放大器的分析仪。此外，再检查一下分析仪的量测架构。分析低强度讯号时，通常会想设定极窄的频谱范围。当工程师在比较各分析仪间窄频谱范围的量测速度时，将会发现扫频型的分析仪速度会明显变慢，反观采用数字讯号处理技术的分析仪就没有速度下滑的问题。最后，工程师会想将噪声量测的结果，以特定带宽内的噪声密度来显示。许多分析仪将分辨率带宽定义成高斯滤波器上的3dB点，新一代分析仪则可将其滤波器设定为噪声带宽，让客户很容易去执行这类的量测。

互调变量测

这种量测功能可测出在某些特定信号的严苛状况下，组件或系统可能产生的扭曲情况。如(图二)所示，可用两个载波或tone来激发组件。这两个tone让组件产生扭曲，在频域中可轻易观察到两个扭曲的产物，分别在输入tone的左侧与右侧。由于分析仪也是一个接收器，且其讯号路径上有许多主动组件，因此分析仪也有可能产生这种扭曲，而导致量测结果失效。

有一种简单的方法可检查讯号完整性，就是提高分析仪的衰减设定。当工程师提高衰减设定时，若讯号的振幅降低，扭曲的来源就是分析仪。要是改变衰减对扭曲产物没有影响，量测结果就是正确的。当提高衰减值时，会注意到噪声背景值也会跟着提高相同的dB值幅度。在不同的衰减条件下，载波的振幅会维持固定不变。然而，噪声背景值的提高，也意谓着噪声可能会掩盖掉互调变的产物。

《图二 用两个载波或tone来激发组件》

为达到最理想的量测性能，细分的衰减器调节值是一项相当重要的功能。衰减位阶间距较大的仪器，可能会让噪声背景值一次就移动10dB，很快就会遮掉您要量测的讯号。

对于任何种类的频谱分析仪器而言，在大讯号中量测较小的讯号，是一项重要的应用，这个效能属性由仪器的动态范围所定义。动态范围通常由以下参数所描述：包括分析仪的三阶互调变表现（像是上文所讨论的双载波量测）、仪器的噪声背景值表现、和其相位噪声。通常很难直接比较一部仪器的动态范围，因为不同制造商可能会针对噪声背景值表现或扭曲效能进行优化。要比较不同分析仪的动态范围，有一种简单的方法，就是检测W-CMDA邻近信道的功率。这个量测值包含以上所有参数。

调变后信号

到目前为止，本文仅讨论到载波（CW）讯号。在量测经过调变的讯号时，工程师需要确保频谱/信号分析仪不仅能量测讯号的频谱，还能量测出调变的质量。

《图三 典型的数字调变讯号》

如(图三)显示在频域中一个典型的数字调变讯号。这个讯号采用一种没有固定功率轮廓的调变机制，因此其振幅会随时间而改变。分析仪必须要能执行一项重要的量测，就是得到这种讯号的平均功率。这个值通常要在定义明确的带宽内。互调变与相位噪声扭曲会显现在讯号的裙边带。分析仪的邻近频道功率量测功能，有助于针对受测组件的互调变与相位噪声表现进行定量分析。

对讯号进行解调，以及透过包括EVM（错误向量幅度）在内的度量来表示讯号的质量，是现代分析仪功能上的重要需求。可支持这类量测的关键分析仪功能特征，是仪器的数字带宽以及其对应的频率与相位反应，部份仪器更可达到最高35MHz的带宽来对讯号进行撷取与数字化。对于像是GSM或W-CDMA等各种热门的调变机制，解调与各种质量度量通常都会内建于分析仪里。然而分析仪的选择评估，应该考虑到未来通讯技术的发展。

如(图四)显示分析仪如何用来当作一个已校正之IQ撷取引擎。以此种量测配置，仪器从受测组件上撷取讯号并将校正好的IQ成对的储存在50 mega-sample内存中。之后工程师可将这个纪录从仪器导出至任何市面上可取得的分析套件，像是?MatLab。这种功能让工程师有足够的弹性，即使通讯技术不断演进，仍能继续进行量测。

《图四 用分析仪当作已校正之IQ撷取引擎》

分析仪的链接功能

现今大多数的分析仪都兼容于LXI-C。LXI（LAN eXtension for Instrumentation）这项标准定义了透过局域网络来链接仪器的方法。LXI标准有三种版本：A、B、C。C代表可透过局域网络来控制仪器，内含有一个Web服务器供远程操控。例如，若工程师正和全球各地的团队分享量测信息，只须在网页浏览器中输入分析仪的IP地址，在浏览器上就可以看到分析器的显示画面。B和A仍在持续发展中。它们是C版的超集，能提供更先进的量测触发功能。

当然，现今大多数的仪器依然是透过GPIB接口来操控。因此在选择分析仪时，必须确定它能够以GPIB控制来进行传统的量测，同时也能支持未来标准，至少兼容于LXI class C标准。

随着各种支持局域网络的仪器陆续问市，网络安全与防护就成为关键的问题，特别是大型企业系统。例如，若仪器采用Windows XP操作系统，它就拥有PC的所有特点。工程师需要和IT部门商谈如何部署到网络中，且它和其他PC一样会受到病毒和黑客的攻击。有些仪器制造商选择使用Linux操作系统，缺点是会降低与微软平台工具之间的链接功能。如此分析，采用Windows CE操作系统将是两者之间的理想折衷方案，兼顾链接性与安全性。??

网状网络（mesh network）如果建置正确，应能大幅增加今日IEEE 802.11网络的涵盖面和容错能力。然而，无线网状网络标准，例如IEEE802.11s和IEEE 802.16f，数年后才会出现。在此同时，虽然有数种专属性方案可供采纳，不过这些方案设定过于复杂而且可能没有解决QoS问题。于是，在目前网状网络技术仍为专属性情况下，除了在校园或企业内部等封死循环境以外的领域，成长将极为有限。

随着各种支持局域网络的仪器陆续问市，网络安全与防护就成为关键的问题，特别是大型企业系统。例如，若仪器采用Windows XP操作系统，它就拥有PC的所有特点。工程师需要和IT部门商谈如何部署到网络中，且它和其他PC一样会受到病毒和黑客的攻击。有些仪器制造商选择使用Linux操作系统，缺点是会降低与微软平台工具之间的链接功能。如此分析，采用Windows CE操作系统将是两者之间的理想折衷方案，兼顾链接性与安全性。??

若购买仪器的预算没有限制，所有问题都很容易解决。但若想确保投资能发挥最高的效益，就应好好洽询仪器厂商的业务代表，找出最能符合自身需求与预算范围的设备。

---作者任职于Keithley Instrument美商吉时利仪器---