射频信号测试和ADC采样提升技术

在电磁波频率低于100kHz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,一旦电磁波频率高于100kHz时,电磁波就可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。在传统的射频微波测试中，也会使用一些带宽不太高 (< 1 GHz)的示波器进行时域参数的测试，比如用检波器检出射频信号包络后再进行参数测试，或者对信号下变频后再进行采集等。此时由于射频信号已经过滤掉，或者信号已经变换到中频，所以对测量要使用的示波器带宽要求不高。

但是随着通信技术的发展，信号的调制带宽越来越宽。比如为了兼顾功率和距离分辨率，现代的雷达会在脉冲内部采用频率或者相位调制，典型的SAR成像雷达的调制带宽可能会达到2GHz以上。在卫星通信中，为了小型化和提高传输速率，也会避开拥挤的C波段和Ku波段，采用频谱效率和可用带宽更高的Ka波段，实际可用的调制带宽可达到 3 GHz 以上甚至更高。另外示波器的幅频特性曲线并不是从直流到额定带宽都平坦，而是达到一定频点后就开始明显下降，因此选择实时示波器时，示波器的带宽应该大于需要的分析带宽，至于大多少，要具体看示波器实际的频响曲线和被测信号的要求。

由于很难寻找到一个带宽高达2GHz以上同时幅频/相频特性又非常理想的检波器或下变频器，传统的检波或下变频的测量手段会遇到很大的挑战。如果需要对雷达脉冲或者卫星通信信号的内部调制信息进行解调，也需要非常高的实时带宽。目前最常用的手段就是借助于宽带示波器或者高速的数采系统。

要保证高的实时的带宽，根据 Nyqist 定律，放大器后面ADC采样的速率至少要达到带宽的2倍以上(工程实现上会保证2.5倍以上)。高带宽的实时示波器通常会采用ADC的拼接技术。典型的ADC拼接有两种方式，一种是片内拼接，另一种是片外拼接。片内拼接是把多个ADC的内核集成在一个芯片内部，片内拼接的优点是各路之间的一致性和时延控制可以做地非常好，但是对于集成度和工艺的挑战非常大。

所谓片外拼接，就是在PCB板上做多片ADC芯片的拼接。采用8片20G/s采样率的ADC拼接实现了 160G/s的采样率，保证了高达63GHz的硬件带宽。片外拼接要求各芯片间偏置和增益的一致性非常好，同时对PCB上信号和采样时钟的时延要精确控制。所以示波器的前端芯片里采用了先采样保持再进行信号分配和模数转换的技术，大大提高了对于PCB走线误差和抖动的裕量。