現今市面上有為數眾多的分析儀器。有些相當專業化，有些則提供一般性的射頻測量功能；有些名為頻譜分析儀，有些稱為訊號分析儀。這類設備都能量測、顯示頻率與波型振幅。而在講究成本控制的產業裡，工程師必須為每一分的企業投資爭取到最高的價值。本文將協助工程師在評估市面上眾多工具時，考慮相關的問題，並在做採購儀器的決策時，充份掌握各方面的資訊。

瞭解價值與效能的關係

一部分析儀的售價，某種程度取決於其元件的成本。若分析儀在設計時採用低成本的元件，其售價雖然極具吸引力，但其效能通常受到限制。效能所指為何呢？混頻器、LO放大器、A/D轉換器、中頻FPGA/ASIC、以及微處理器等元件的選擇，都會影響到成本與效能。例如，一個單迴路區域振盪器設計，可能成本相當低廉，但卻可能導致一定程度的相位雜訊扭曲，使得量測結果失去參考價值。另一方面，低價位的微處理器從成本而言可能很吸引人，但若分析儀使用低價位微處理器來為任何種類的DSP執行解調時，頻譜分析儀的執行速度就會相當遲緩。

以下列舉幾種創新的方法，不僅帶來充裕的效能，還能使成本與最終的產品價格控制在合理範圍：

要掃頻或不掃頻

許多傳統的分析儀製造商仍然採用掃頻架構。這種功能雖然適合μWave與mmWave的頻譜分析，但許多創新的射頻分析儀供應商已捨棄這項傳統的掃頻系統，而採用各種訊號處理技術，開發出一種在大多數情況下表現更優異的類似量測方案。例如向量訊號分析儀就是很好的例子。

量測速度

在評估分析儀時，其中一項重要問題就是：「量測資料是以怎樣的方式處裡」。有些儀器採用多顆處理器，以便迅速產生結果，有些則讓主處理器負責一般的儀器管理工作，量測作業則由一個FPGA或ASIC來負責。有些則是由一顆微處理器包辦所有作業。顯然最後一種方法對供應商來說是最省成本，但在面臨到較複雜的調變機制時，速度就會慢到無法接受。如此看來，採用以DSP為基礎的IQ量測引擎，所形成獨特的高速架構，才能提供業界最高效的量測基礎。

頻率範圍

不要購買超出需求的頻率範圍：頻率範圍是影響儀器價位的主要因素之一。許多分析儀的頻率上限約在2.5GHz、6GHz、13GHz、以及26GHz。而高效能的儀器則通常可量測到50GHz。若工程師正著手於手機或使用公用頻段（ISM）的產品，如802.11b/g無線區域網路裝置，通常最符合成本效益的會是上限頻率3GHz以下的分析儀。

CW量測

接著將討論一個簡單的頻譜例子，如(圖一)所示。這裡有兩個訊號：一個CW或稱載波，以及一個比較小的干擾訊號。載波有許多特性，有振幅、頻率、相位雜訊、以及寬頻雜訊。振幅是元件在特定頻率下發射出的頻譜能量。相位雜訊就是訊號的裙邊帶，反映出訊號的穩定度或頻譜的純淨度。產品中的區域振盪器，通常是造成這類訊號相位雜訊的元凶。在圖一左邊可以看到一個不想要的訊號，或假訊號。這種訊號的來源，可能是附近有大型訊號發送器，或由系統中其他元件所產生，例如微處理器的時脈。

《圖一　頻譜圖例》

振幅量測

振幅量測得越準確，量測結果就越可靠或越確定。在評估分析儀時，低於0.6dB或3GHz的儀器，就不必列入考慮範圍。

雜訊量測與低強度信號

在量測雜訊與/或低強度信號時，應使用有內建前置放大器的分析儀。此外，再檢查一下分析儀的量測架構。分析低強度訊號時，通常會想設定極窄的頻譜範圍。當工程師在比較各分析儀間窄頻譜範圍的量測速度時，將會發現掃頻型的分析儀速度會明顯變慢，反觀採用數位訊號處理技術的分析儀就沒有速度下滑的問題。最後，工程師會想將雜訊量測的結果，以特定頻寬內的雜訊密度來顯示。許多分析儀將解析度頻寬定義成高斯濾波器上的3dB點，新一代分析儀則可將其濾波器設定為雜訊頻寬，讓客戶很容易去執行這類的量測。

互調變量測

這種量測功能可測出在某些特定信號的嚴苛狀況下，元件或系統可能產生的扭曲情況。如(圖二)所示，可用兩個載波或tone來激發元件。這兩個tone讓元件產生扭曲，在頻域中可輕易觀察到兩個扭曲的產物，分別在輸入tone的左側與右側。由於分析儀也是一個接收器，且其訊號路徑上有許多主動元件，因此分析儀也有可能產生這種扭曲，而導致量測結果失效。

有一種簡單的方法可檢查訊號完整性，就是提高分析儀的衰減設定。當工程師提高衰減設定時，若訊號的振幅降低，扭曲的來源就是分析儀。要是改變衰減對扭曲產物沒有影響，量測結果就是正確的。當提高衰減值時，會注意到雜訊背景值也會跟著提高相同的dB值幅度。在不同的衰減條件下，載波的振幅會維持固定不變。然而，雜訊背景值的提高，也意謂著雜訊可能會掩蓋掉互調變的產物。

《圖二　用兩個載波或tone來激發元件》

為達到最理想的量測性能，細分的衰減器調節值是一項相當重要的功能。衰減位階間距較大的儀器，可能會讓雜訊背景值一次就移動10dB，很快就會遮掉您要量測的訊號。

對於任何種類的頻譜分析儀器而言，在大訊號中量測較小的訊號，是一項重要的應用，這個效能屬性由儀器的動態範圍所定義。動態範圍通常由以下參數所描述：包括分析儀的三階互調變表現（像是上文所討論的雙載波量測）、儀器的雜訊背景值表現、和其相位雜訊。通常很難直接比較一部儀器的動態範圍，因為不同製造商可能會針對雜訊背景值表現或扭曲效能進行最佳化。要比較不同分析儀的動態範圍，有一種簡單的方法，就是檢測W-CMDA鄰近通道的功率。這個量測值包含以上所有參數。

調變後信號

到目前為止，本文僅討論到載波（CW）訊號。在量測經過調變的訊號時，工程師需要確保頻譜/信號分析儀不僅能量測訊號的頻譜，還能量測出調變的品質。

《圖三　典型的數位調變訊號》

如(圖三)顯示在頻域中一個典型的數位調變訊號。這個訊號採用一種沒有固定功率輪廓的調變機制，因此其振幅會隨時間而改變。分析儀必須要能執行一項重要的量測，就是得到這種訊號的平均功率。這個值通常要在定義明確的頻寬內。互調變與相位雜訊扭曲會顯現在訊號的裙邊帶。分析儀的鄰近頻道功率量測功能，有助於針對受測元件的互調變與相位雜訊表現進行定量分析。

對訊號進行解調，以及透過包括EVM（錯誤向量幅度）在內的度量來表示訊號的品質，是現代分析儀功能上的重要需求。可支援這類量測的關鍵分析儀功能特徵，是儀器的數位頻寬以及其對應的頻率與相位反應，部份儀器更可達到最高35MHz的頻寬來對訊號進行擷取與數位化。對於像是GSM或W-CDMA等各種熱門的調變機制，解調與各種品質度量通常都會內建於分析儀裡。然而分析儀的選擇評估，應該考慮到未來通訊技術的發展。

如(圖四)顯示分析儀如何用來當作一個已校正之IQ擷取引擎。以此種量測配置，儀器從受測元件上擷取訊號並將校正好的IQ成對的儲存在50 mega-sample記憶體中。之後工程師可將這個紀錄從儀器匯出至任何市面上可取得的分析套件，像是?MatLab。這種功能讓工程師有足夠的彈性，即使通訊技術不斷演進，仍能繼續進行量測。

《圖四　 用分析儀當作已校正之IQ擷取引擎》

分析儀的連結功能

現今大多數的分析儀都相容於LXI-C。LXI（LAN eXtension for Instrumentation）這項標準定義了透過區域網路來連結儀器的方法。LXI標準有三種版本：A、B、C。C代表可透過區域網路來控制儀器，內含有一個Web伺服器供遠端操控。例如，若工程師正和全球各地的團隊分享量測資訊，只須在網頁瀏覽器中輸入分析儀的IP位址，在瀏覽器上就可以看到分析器的顯示畫面。B和A仍在持續發展中。它們是C版的超集合，能提供更先進的量測觸發功能。

當然，現今大多數的儀器依然是透過GPIB介面來操控。因此在選擇分析儀時，必須確定它能夠以GPIB控制來進行傳統的量測，同時也能支援未來標準，至少相容於LXI class C標準。

隨著各種支援區域網路的儀器陸續問市，網路安全與防護就成為關鍵的問題，特別是大型企業系統。例如，若儀器採用Windows XP作業系統，它就擁有PC的所有特點。工程師需要和IT部門商談如何部署到網路中，且它和其他PC一樣會受到病毒和駭客的攻擊。有些儀器製造商選擇使用Linux作業系統，缺點是會降低與微軟平台工具之間的連結功能。如此分析，採用Windows CE作業系統將是兩者之間的理想折衷方案，兼顧連結性與安全性。??

結語

購買一部頻譜或訊號分析儀是筆可觀的投資，市面上有為數可觀的分析儀可供選擇。為了協助工程師比較各種分析儀，建議可以考慮以下問題：

若購買儀器的預算沒有限制，所有問題都很容易解決。但若想確保投資能發揮最高的效益，就應好好洽詢儀器廠商的業務代表，找出最能符合自身需求與預算範圍的設備。

---作者任職於Keithley Instrument美商吉時利儀器---