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概覽
本文討論了巔峰對(duì)決：NI 5665 與傳統(tǒng)臺(tái)式儀器對(duì)比 這一視頻中所演示的設(shè)置細(xì)節(jié)。在此演示中，比較了NI PXIe-5665與Agilent PXA的測(cè)試性能與速度。視頻并不是關(guān)于兩個(gè)儀器的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，而是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的對(duì)比。
在LTE和WCDMA測(cè)試中，使用了NI PXIe-5673矢量信號(hào)發(fā)生器。濾波器僅用于WCDMA信號(hào)，以盡量減少本底噪聲。在線性度測(cè)試中，使用了兩個(gè)CW信號(hào)源生成的單頻信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)小型合并器電路進(jìn)行合并。所有的信號(hào)將通過(guò)分路器分別傳給NI PXIe-5665 VSA 和Agilent PXA。
此項(xiàng)設(shè)置確保傳輸至NI PXIe-5665 和 Agilent PXA的信號(hào)是相同的。
注意：經(jīng)過(guò)分路器后，信號(hào)會(huì)略有損失。
所使用的儀器
- NI PXIe-5665 14 GHz高性能矢量信號(hào)分析儀
- NI PXI-2596 26.5 GHz 4x1雙RF多路復(fù)用器
- NI PXIe-5673 6.6 GHz矢量信號(hào)發(fā)生器
- NI PXIe-1075 18槽3U PXI Express機(jī)箱，安裝PXIe-8133嵌入式控制器
- 小型合并器電路
- 小型分路器電路
- Agilent N9030A PXA信號(hào)分析儀（N9030A-513，N9030A-B40，N9030A-MPB，N9030A-P03）
- SMA至SMA線纜（3套）
- WCDMA SAW 濾波器（標(biāo)稱頻率248.6 MHz）
- 相位矩陣快速同步模塊/NI PXIe-5652信號(hào)發(fā)生器 (2套)
圖2.硬件設(shè)置，儀器及其連接方式展示
NI PXIe-5665放置于安裝有PXIe-8133控制器的PXIe-1075機(jī)箱內(nèi)，使用PXI Express技術(shù)從儀器向上位機(jī)PC傳輸數(shù)據(jù)。Agilent PXA通過(guò)LXI總線（以太網(wǎng)）進(jìn)行控制。PXA通過(guò)LXI總線傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間為900 µs；而基于PCI Express總線技術(shù)的NI PXIe-565只需1 µs。如圖3所示，PXI Express的帶寬為1 GB/s，而延遲則少于1 µs。
圖3. 各種儀器控制總線的帶寬與延遲對(duì)比圖
主要使用的編程語(yǔ)言為 NI LabVIEW。控制PXIe-5665所使用的工具包和驅(qū)動(dòng)程序如下：
- NI LTE 測(cè)量套件
- NI WCDMA/HSPA+測(cè)量套件
- NI-RFSA驅(qū)動(dòng)
- NI LabVIEW 調(diào)制解調(diào)工具包
在Agilent PXA中載入了如下軟件：
- LTE測(cè)量應(yīng)用程序
- WCDMA測(cè)量應(yīng)用程序
- 相位噪聲測(cè)量應(yīng)用程序
通過(guò)LabVIEW 和儀器控制驅(qū)動(dòng)程序，基于SCPI指令對(duì)PXA進(jìn)行控制。
LTE 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié):
所生成的LTE 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是一個(gè)UPLINK信號(hào)，其中心頻率為1 GHz，帶寬為5 MHz，強(qiáng)度為-10 dBm。
NI PXIe-5665和Agilent PXA都會(huì)生成5個(gè)平均值。
WCDMA 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié):
所使用的濾波器為SAW 濾波器，標(biāo)準(zhǔn)頻率為248.6 MHz，帶寬為 6 MHz。WCDMA 是一個(gè)DPCCH UPLINK信號(hào)，其中心頻率為248.6 MHz。
注意：我們并不是要對(duì)分析儀的最佳ACPR性能進(jìn)行測(cè)試，而只是測(cè)量在現(xiàn)有設(shè)置基礎(chǔ)上的最佳結(jié)果。使用SAW濾波器是為了讓上 下相鄰頻道的測(cè)量結(jié)果更佳。 在WCDMA ACLR測(cè)試中，Agilent PXA和NI PXIe-5665讀取相鄰頻道中約-81 dBc的信號(hào)。 對(duì)于兩種設(shè)備均按如下方式設(shè)置：
- 噪聲校正（Agilent PXA的 IBW模式）
- 30kHz RBW
- 0 dB衰減
- 10個(gè)平均值
重要提示：所計(jì)算的時(shí)間為采集時(shí)間+測(cè)量時(shí)間+GPIB/LAN總線的傳輸時(shí)間
使用Agilent PXA時(shí)，被傳回至主機(jī)的只有ACPR 讀取信息，而并不是完整的軌跡。
在一個(gè)典型的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)中，測(cè)試工程師需要將讀數(shù)傳回至主機(jī)，并進(jìn)行“通過(guò)/失敗”類的測(cè)試，因此需要將此時(shí)間考慮在內(nèi)。而且，對(duì)于視頻中的所有演示試驗(yàn)，都進(jìn)行了10次的平均運(yùn)算。測(cè)試工程師通常是需要進(jìn)行一些平均運(yùn)算，使得測(cè)量結(jié)果更精確。
Agilent PXA的其它選項(xiàng)
PXA還有一個(gè)可選的模式，即無(wú)噪聲校正的快速ACPR選項(xiàng)。使用快速ACPR選項(xiàng)，會(huì)損失一些動(dòng)態(tài)范圍。NI PXIe-5665則無(wú)此限制，所有的測(cè)量均通過(guò)噪聲校正，并對(duì)速度進(jìn)行優(yōu)化。
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Agilent PXA |
NI 5665 |
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平均狀態(tài) |
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時(shí)間 (ms) |
ACPR (dBc) |
時(shí)間 (ms) |
ACPR (dBc) |
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開啟平均 |
快速ACPR模式 |
180 |
-75 |
30 |
-75 |
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IBW 模式 |
420 |
-82 |
NA |
-81 |
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關(guān)閉平均 |
快速ACPR模式 |
60 |
-75 |
5 |
-75 |
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IBW 模式 |
100 |
-81 |
NA |
-81 |
圖4.此圖展示了PXA 的快速模式。若在設(shè)置中使用SAW濾波，則可實(shí)現(xiàn)的最佳ACPR值大約為-75 dBc。
圖5.使用IBW 模式和噪聲校正時(shí)，你可以在上通道實(shí)現(xiàn)-82 dBc，這一數(shù)值與使用NI PXIe-5665達(dá)到的數(shù)值接近。
圖6.正如視頻中所示，NI 5665可以在開啟平均和噪聲校正的情況下實(shí)現(xiàn)-81 dBc的測(cè)量，同時(shí)其速度也要比Agilent PXA快14-15倍。
在此測(cè)試中，我們將生成中心頻率相差1MHz的兩個(gè)單頻信號(hào)。如果兩個(gè)信號(hào)源之間沒(méi)有足夠的間隔，信號(hào)源所產(chǎn)生的互調(diào)失真會(huì)掩蓋被測(cè)接收機(jī)的失真。每個(gè)信號(hào)源輸出口的AtlanTec（ACC - 20010系列）隔離器、Mini -Circuits<ZFSC-2-10G+( 10 GHz) 和 ZFSC-2-11-s (1GHZ)>功率分配器被用于信號(hào)結(jié)合，確保信號(hào)源失真低于被測(cè)失真的接收器水平。上下TOI都會(huì)被計(jì)算在內(nèi)（只有上部TOI在視頻中顯示）。計(jì)算的上下TOI的方法如下。
IP3 Lower = P1 + (P2- IMD lower)/2
IP3 Upper = P2 + (P1 - IMD Upper)/2
以下設(shè)置對(duì)于兩個(gè)儀器都適用。
o 0 dB衰減
o 01 kHz RBW
o 無(wú)平均值
圖7. NI PXIe-5665和Agilent PXA的三階信號(hào)成分。NI PXIe-5665的三階信號(hào)成分的絕對(duì)強(qiáng)度接近-95 dBm。
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測(cè)量 |
Agilent PXA |
NI 5665 |
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上TOI ，0 dB 衰減 |
+20 dBm |
+27 dBm |
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下TOI， 0 dB 衰減 |
+19 dBm |
+26 dBm |
如果使用更多的衰減，那么你可以獲得更多的TOI測(cè)量結(jié)果。
在列表模式測(cè)試中，生成了一個(gè)1GHz的信號(hào)，并使用Agilent PXA和NI PXIe-5665進(jìn)行讀取。隨機(jī)選擇2、 5、10 或14 GHz的諧波，因?yàn)閮蓚�(gè)儀器的測(cè)試結(jié)果以3.6GHz頻點(diǎn)為界都會(huì)發(fā)生變化，而我們希望能正確地測(cè)量跳躍到更高次的諧波所需的時(shí)間。雖然這并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，但是它最好地展示了兩個(gè)儀器在列表模式測(cè)試中的靈活性。
注意：對(duì)兩個(gè)儀器均使用列表模式。
總時(shí)間由列表模式中的掃描時(shí)間+每個(gè)頻率跳躍峰值搜索時(shí)間+數(shù)據(jù)返回至兩臺(tái)儀器的主機(jī)所需時(shí)間組成。
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Agilent PXA所需時(shí)間 (ms) |
NI 5665所需時(shí)間(ms) |
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列表模式所需時(shí)間+峰值檢測(cè)時(shí)間 |
700 |
400 |
圖8.在NI PXIe-5665和Agilent PXA上使用列表模式。相比大多數(shù)列表模式測(cè)試，NI 5665 要快1.5-2倍。
圖9. 遠(yuǎn)程使用Agilent PXA列表模式，在上述條件下需要700ms的時(shí)間。
注意：Agilent PXA針對(duì)某些諧波上進(jìn)行了優(yōu)化。NI 5665 則是在所有的列表模式測(cè)試中速度快1.7-2倍。
在EVM測(cè)試中，使用NI PXIe-5673矢量信號(hào)發(fā)生器生成一個(gè)LTE信號(hào)。兩個(gè)儀器均使用如下設(shè)置：
·
- RBW = 30 kHz
- 10 dB 衰減
- 10 次平均
- 關(guān)閉自動(dòng)峰值檢測(cè)
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NI PXIe-5665 |
Agilent PXA |
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EVM 測(cè)量 (RMS) |
.15% |
.29% |
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所需時(shí)間 (ms) |
390 |
1200 |
圖 10. 使用Agilent PXA 和 NI PXIe-5665進(jìn)行LTE EVM 測(cè)試。
圖 11. 將信號(hào)處理移至FPGA上進(jìn)行可以節(jié)省時(shí)間。
NI FlexRIO非常靈活，可以作為一個(gè)協(xié)處理器。在這一演示的設(shè)置中，所有來(lái)自PXIe-5665的數(shù)據(jù)都是在FPGA上進(jìn)行處理；而在之前的演示設(shè)置中，數(shù)據(jù)是在嵌入式處理器中進(jìn)行處理。這一特性的應(yīng)用非常廣泛，例如硬件處理的算法、協(xié)議實(shí)現(xiàn)以及實(shí)時(shí)激勵(lì)-響應(yīng)等應(yīng)用。
測(cè)試時(shí)間比較（包含設(shè)置時(shí)間）
前面所有的測(cè)試演示都只針對(duì)單次測(cè)量的時(shí)間。而在本項(xiàng)測(cè)試中，除了測(cè)量時(shí)間以外，還將考慮設(shè)置時(shí)間。這在包含多種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化測(cè)試（例如功率放大器測(cè)試）之中很有必要。
圖 12. 若考慮設(shè)置時(shí)間，NI 5665的速度要快20倍。
對(duì)于一個(gè)典型的測(cè)試設(shè)置來(lái)說(shuō)，相對(duì)于使用Agilent PXA，NI PXIe-5665能夠提供相同或者更好的性能，而且在大多數(shù)測(cè)試中要快14-15倍。同時(shí)，NI PXIe-5665的成本要比傳統(tǒng)臺(tái)式儀器小得多。在下表中，對(duì)NI 5665以及相對(duì)應(yīng)的Agilent PXA價(jià)格進(jìn)行了比較。
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頻率范圍 |
PXA
(基于2011年8月9日，Agilent.com網(wǎng)站上的價(jià)格) |
NI PXIe-5665 |
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10 Hz 至 13.6 GHz |
$61,956 |
$54,999 |
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50 MHz BW
(Agilent可實(shí)現(xiàn)40 MHz) |
$15,435 |
已包含 |
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電子衰減， 3.6 GHz |
$3,093 |
已包含 |
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前置放大， 3.6 GHz |
$1,900 |
已包含 |
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微波預(yù)選旁通 |
$5,361 |
已包含 |
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PXIe機(jī)箱&MXIe控制器 |
已包含 |
起價(jià)
$3,1981 |
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總計(jì) |
$87,745 |
$58,197
可節(jié)省29% |
在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，PXI機(jī)箱和MXI控制器的花費(fèi)通常被系統(tǒng)中的所有儀器均攤。例如，如果一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中包含兩個(gè)NI PXIe-5665矢量信號(hào)分析儀，并插在一個(gè)PXIe機(jī)箱中，則機(jī)箱和控制器的費(fèi)用只會(huì)發(fā)生一次，因此總的投入要少于2 x $58,597。然而，如果一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中包含兩套PXA，則投入為2 x $87,745。
注意：對(duì)于自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Agilent PXA和NI PXIe-5665在PC和所選編程語(yǔ)言（如LabVIEW、CVI、Visual Studio等）方面的投入是相同的，因此也沒(méi)有將其納入到比較當(dāng)中。
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