频谱分析仪新利器：随机时钟技术助力消除动态杂散信号

在数字步进扫描频谱分析仪的世界里，我们有一项革新性的技术——一款改进后的本地振荡器。这款振荡器的独门秘籍在于，它能极大地减少动态杂散信号，这些信号就像是测量过程中的“小捣蛋鬼”，总是试图干扰我们的测量结果。而这款振荡器之所以能“降妖除魔”，关键在于它巧妙利用了时间的随机性。

具体来说，这款振荡器内置了一个随机时钟延迟装置，就像是一个精准的“时间魔术师”。它会随机地生成一个时钟信号，并将这个信号传递给数字直接合成器（DDS）40。这样一来，原本固定的步进时间Tstep就被打乱了，变成了随机变化的。这样一来，那些因数字步进扫描而产生的动态杂散信号就无从下手了，因为它们再也找不到稳定的“节奏”来干扰我们的测量。

简而言之，这项发明就像是给频谱分析仪装上了一个“智能降噪器”，让我们的测量结果更加清晰、准确，不再受到那些“不速之客”的干扰。

揭秘频谱分析仪：DDS技术如何指挥本地振荡器精准扫描频率

传统的频谱分析仪，就像是一个精密的频率侦探，它通过一系列高科技组件协同工作，来揭开信号背后的秘密。这个侦探团队的核心成员之一是本地振荡器，它就像是侦探手中的魔法棒，能够控制频率的变换。而控制这个魔法棒的，则是直接数字合成（DDS）技术，它就像是一个数字指挥家，指挥着本地振荡器以步进的方式扫描选定的频率范围。

想象一下，当你把待分析的信号（就像是一个神秘的密码）输入到这个频谱分析仪中，它首先会进入频率转换器50这个“转换器小屋”。在这里，信号会被转换成中间频率信号，这个过程就像是把密码翻译成一种更容易理解的语言。随后，这个中间信号会通过一个叫做BFP（带通滤波器）的“精细筛子”，被筛选到预定的带宽内，变得更加纯净。

在“转换器小屋”里，还住着ATT（衰减器）51、两个混合器52和53、本地振荡器30、一个振荡器54以及BFP 55这些小伙伴。它们各司其职，共同完成了信号的转换任务。其中，本地振荡器30就是那个最耀眼的明星，它利用DDS技术，可以像爬楼梯一样，一步步地扫描你感兴趣的频率范围。

那么，DDS是如何指挥本地振荡器30的呢？原来，DDS时间基准32会接收到一个参考时钟31和扫描条件33（包括扫描的频率范围和扫描时间Tsweep），然后它会产生一个时钟信号32clk给DDS 40。这个时钟信号的每一个单位时间步Tstep，都是由参考时钟经过分频得到的，就像是把一个大蛋糕切成很多小块一样。这样，本地振荡器30就能按照这个节奏，一步步地扫描频率，就像是在探索一个未知的频率世界。

DDS 40揭秘：数字合成器如何精准生成正弦波频率

DDS 40，这个听起来很高科技的名字，其实是一个超级厉害的数字合成器。它的主要任务是以数字的形式生成一个数据信号，这个信号就像是指南针，告诉我们想要的那个数字正弦波的频率是多少。想象一下，DDS 40就像是一个精密的工厂，里面有三台重要的机器：频率寄存器42、加法器44，还有一个ROM表存储器46，它们一起合作，完成了这项神奇的工作。

FIG. 4 block diagram showing a structure of spectrum analyzer using a conventional local oscillator which is swept by a digital step manner.

首先，频率寄存器42就像是一个内存库，它存储了提前设定好的相位数据42dat，这些数据就像是密码，定义了正弦波的一个超前相位，而且是用32位的数据来表示的，非常精确。这些相位数据就像是阶梯信号图（图7(a)）中的一个个台阶，每个台阶都代表了一个单位步长频率92的累积。每当时间走过一个单位步长时间Tstep，我们就向上迈一步，直到走完整个扫描时间Tsweep，这个时间就是M乘以Tstep，其中M是扫描过程中的步数常数，比如2048步。

接下来，加法器44就像是一个勤奋的计数员，它负责把每个单位步长频率92的相位往前推进。每当DDS时间基准32发出一个时钟信号32clk，加法器44就会接收到两个输入：一个是来自频率寄存器42的相位数据42dat，另一个是来自寄存器44r的上一个累加周期的值。然后，加法器44就把这两个值加起来，得到的结果就像是被锁在寄存器44r里一样，等待下一次的累加。

在数字信号处理的世界里，ROM表存储器46扮演着将接收到的数据转换成类似正弦波形数据代码的重要角色。它就像是个聪明的翻译家，从加法器44传来的32位数据中挑出上面的10位作为地址数据，然后从自己的“字典”——表存储器里，查找出对应的10位正弦波代码数据46dat。这些数据随后被送往图5中展示的DA转换器34那里。

DA转换器34，顾名思义，就是将数字信号转换成模拟信号的能手。它接收到那10位正弦波代码数据46dat后，就动手把这些冷冰冰的数字变成了类似正弦波的模拟信号。不过，这时候的信号里还夹杂着时钟信号32clk的频率成分，就像一杯水里混了点沙子。于是，低通滤波器35（LPF 35）就派上了用场，它像是个精细的筛子，把这些不需要的频率成分过滤掉，只留下纯净的正弦波模拟信号，并送到相位比较器36的一个输入端。

FIG. 5 shows a structure of a conventional local oscillator.

接下来，我们来看一个由YTO 39（一个压控振荡器）、分频器37、相位比较器36和积分器38共同组成的神奇装置——PLL（相位锁定环）控制回路。这个回路就像是一个精准的调音师，专门负责调整信号的相位。相位比较器36就像是有一双敏锐的耳朵，它能侦测到两个输入信号之间的相位差，并输出表示这些差异的信号。其中一个输入信号是通过LPF 35处理过的、来自DDS的参考相位信号，另一个则是YTO 39产生的振荡信号39osc经过分频器37分频后的信号。

相位比较器36会根据这些相位差产生脉冲宽度信号，并将这些信号送到积分器38那里。积分器38就像是个耐心的计算器，它会将这些脉冲宽度信号进行积分，生成一个与脉冲宽度成正比的模拟直流电压。这个电压随后被送到YTO 39的电压控制输入端，YTO 39就会根据这个电压来调整自己的振荡频率，从而确保输出信号的相位与参考信号的相位保持一致。

在频谱分析仪的世界里，YTO 39可是个了不起的角色，它是一块利用钇铁石榴石（YIG）晶体的可变谐振振荡器，专门在微波频段大展身手。这家伙能从积分器38那里接收模拟直流电压，然后生成一个由上面提到的PLL环相位锁定的步进扫频信号39osc。这个信号被送到频率转换器50里的混频器52，用来将待测的输入信号100转换成中频信号。

就像之前说的，本地振荡器30的扫描操作是步进式的，就像爬楼梯一样，一步一步来。所以，频率也是以步进的方式被扫描，频率的变化是离散的，不是连续的。这样一来，就产生了一个动态杂散响应，它的频率Δf是单位步进时间Tstep的倒数，也就是说Δf=1/Tstep。这个杂散频率在图7(b)中展示得很清楚，它紧挨着被测信号的中心频率fo，就像是个难缠的“跟屁虫”。

FIG. 6 shows a structure of DDS 40.

由于这个杂散频率Δf离得太近，用滤波器电路来消除它可就难了。结果，这个杂散信号就会在频率显示器上以fo ±Δf的位置出现，就像是给测量结果添了点“瑕疵”。

于是，本发明的目标就是打造一款更牛的本地振荡器，专门用于频谱分析仪，它能在数字步进模式下进行扫描，而且能够最大限度地减少这种由单位步进时间Tstep倒数引起的动态杂散，让测量结果更加纯净、准确。