NI 5665与传统仪器对比演示-设置与细节
微波射频网 2022-11-29
概览
本文讨论了巅峰对决:NI 5665 与传统台式仪器对比 这一视频中所演示的设置细节。在此演示中,比较了NI PXIe-5665与Agilent PXA的测试性能与速度。视频并不是关于两个仪器的技术指标对比,而是现场测试的对比。
硬件设置
在LTE和WCDMA测试中,使用了NI PXIe-5673矢量信号发生器。滤波器仅用于WCDMA信号,以尽量减少本底噪声。在线性度测试中,使用了两个CW信号源生成的单频信号,并通过一个小型合并器电路进行合并。所有的信号将通过分路器分别传给NI PXIe-5665 VSA 和Agilent PXA。
图 1. 硬件设置和连接

此项设置确保传输至NI PXIe-5665 和 Agilent PXA的信号是相同的。
注意:经过分路器后,信号会略有损失。
所使用的仪器

NI PXIe-5665 14 GHz高性能矢量信号分析仪
NI PXI-2596 26.5 GHz 4x1双RF多路复用器
NI PXIe-5673 6.6 GHz矢量信号发生器
NI PXIe-1075 18槽3U PXI Express机箱,安装PXIe-8133嵌入式控制器
小型合并器电路
Agilent N9030A PXA信号分析仪(N9030A-513,N9030A-B40,N9030A-MPB,N9030A-P03)
SMA至SMA线缆(3套)
WCDMA SAW 滤波器(标称频率248.6 MHz)
相位矩阵快速同步模块/NI PXIe-5652信号发生器 (2套)

图2.硬件设置,仪器及其连接方式展示
仪器控制与数据传输
NI PXIe-5665放置于安装有PXIe-8133控制器的PXIe-1075机箱内,使用PXI Express技术从仪器向上位机PC传输数据。Agilent PXA通过LXI总线(以太网)进行控制。PXA通过LXI总线传输数据所需时间为900 µs;而基于PCI Express总线技术的NI PXIe-565只需1 µs。如图3所示,PXI Express的带宽为1 GB/s,而延迟则少于1 µs。
图3. 各种仪器控制总线的带宽与延迟对比图
软件设置
主要使用的编程语言为 NI LabVIEW。控制PXIe-5665所使用的工具包和驱动程序如下:

NI LTE 测量套件
NI WCDMA/HSPA+测量套件
NI-RFSA驱动
NI LabVIEW 调制解调工具包

在Agilent PXA中载入了如下软件:

LTE测量应用程序
WCDMA测量应用程序
相位噪声测量应用程序

通过LabVIEW 和仪器控制驱动程序,基于SCPI指令对PXA进行控制。
LTE 协议标准细节: 所生成的LTE 标准信号是一个UPLINK信号,其中心频率为1 GHz,带宽为5 MHz,强度为-10 dBm。
NI PXIe-5665和Agilent PXA都会生成5个平均值。
WCDMA 协议标准细节:所使用的滤波器为SAW 滤波器,标准频率为248.6 MHz,带宽为 6 MHz。WCDMA 是一个DPCCH UPLINK信号,其中心频率为248.6 MHz。
测试结果
WCDMA ACPR测试
注意:我们并不是要对分析仪的最佳ACPR性能进行测试,而只是测量在现有设置基础上的最佳结果。使用SAW滤波器是为了让上 下相邻频道的测量结果更佳。
在WCDMA ACLR测试中,Agilent PXA和NI PXIe-5665读取相邻频道中约-81 dBc的信号。对于两种设备均按如下方式设置:

噪声校正(Agilent PXA的 IBW模式)
30kHz RBW
0 dB衰减
10个平均值

重要提示:所计算的时间为采集时间+测量时间+GPIB/LAN总线的传输时间
使用Agilent PXA时,被传回至主机的只有ACPR 读取信息,而并不是完整的轨迹。
在一个典型的测试现场中,测试工程师需要将读数传回至主机,并进行“通过/失败”类的测试,因此需要将此时间考虑在内。而且,对于视频中的所有演示试验,都进行了10次的平均运算。测试工程师通常是需要进行一些平均运算,使得测量结果更精确。
Agilent PXA的其它选项
PXA还有一个可选的模式,即无噪声校正的快速ACPR选项。使用快速ACPR选项,会损失一些动态范围。NI PXIe-5665则无此限制,所有的测量均通过噪声校正,并对速度进行优化。
Agilent PXA
NI 5665
平均状态
时间 (ms)
ACPR (dBc)
时间 (ms)
ACPR (dBc)
开启平均
快速ACPR模式
180
-75
30
-75
IBW 模式
420
-82
NA
-81
关闭平均
快速ACPR模式
60
-75
5
-75
IBW 模式
100
-81
NA
-81
图4.此图展示了PXA 的快速模式。若在设置中使用SAW滤波,则可实现的最佳ACPR值大约为-75 dBc。
图5.使用IBW 模式和噪声校正时,你可以在上通道实现-82 dBc,这一数值与使用NI PXIe-5665达到的数值接近。
图6.正如视频中所示,NI 5665可以在开启平均和噪声校正的情况下实现-81 dBc的测量,同时其速度也要比Agilent PXA快14-15倍。
TOI测试
在此测试中,我们将生成中心频率相差1MHz的两个单频信号。如果两个信号源之间没有足够的间隔,信号源所产生的互调失真会掩盖被测接收机的失真。每个信号源输出口的AtlanTec(ACC - 20010系列)隔离器、Mini -Circuits功率分配器被用于信号结合,确保信号源失真低于被测失真的接收器水平。上下TOI都会被计算在内(只有上部TOI在视频中显示)。计算的上下TOI的方法如下。
IP3 Lower = P1 + (P2- IMD lower)/2
IP3 Upper = P2 + (P1 - IMD Upper)/2
以下设置对于两个仪器都适用。
0 dB衰减
01 kHz RBW
无平均值
图7. NI PXIe-5665和Agilent PXA的三阶信号成分。NI PXIe-5665的三阶信号成分的绝对强度接近-95 dBm。
测量
Agilent PXA
NI 5665
上TOI ,0 dB 衰减
+20 dBm
+27 dBm
下TOI, 0 dB 衰减
+19 dBm
+26 dBm
如果使用更多的衰减,那么你可以获得更多的TOI测量结果。
列表模式测试
在列表模式测试中,生成了一个1GHz的信号,并使用Agilent PXA和NI PXIe-5665进行读取。随机选择2、 5、10 或14 GHz的谐波,因为两个仪器的测试结果以3.6GHz频点为界都会发生变化,而我们希望能正确地测量跳跃到更高次的谐波所需的时间。虽然这并不是一个标准的测试,但是它最好地展示了两个仪器在列表模式测试中的灵活性。
注意:对两个仪器均使用列表模式。
总时间由列表模式中的扫描时间+每个频率跳跃峰值搜索时间+数据返回至两台仪器的主机所需时间组成。
Agilent PXA所需时间 (ms)
NI 5665所需时间(ms)
列表模式所需时间+峰值检测时间
700
400
图8.在NI PXIe-5665和Agilent PXA上使用列表模式。相比大多数列表模式测试,NI 5665 要快1.5-2倍。
图9. 远程使用Agilent PXA列表模式,在上述条件下需要700ms的时间。
注意:Agilent PXA针对某些谐波上进行了优化。NI 5665 则是在所有的列表模式测试中速度快1.7-2倍。
EVM测量
在EVM测试中,使用NI PXIe-5673矢量信号发生器生成一个LTE信号。两个仪器均使用如下设置:
RBW = 30 kHz
10 dB 衰减
10 次平均
关闭自动峰值检测
NI PXIe-5665
Agilent PXA
EVM 测量 (RMS)
.15%
.29%
所需时间 (ms)
390
1200
图 10. 使用Agilent PXA 和 NI PXIe-5665进行LTE EVM 测试。
使用可编程的FPGA进行在线处理
图 11. 将信号处理移至FPGA上进行可以节省时间。
NI FlexRIO非常灵活,可以作为一个协处理器。在这一演示的设置中,所有来自PXIe-5665的数据都是在FPGA上进行处理;而在之前的演示设置中,数据是在嵌入式处理器中进行处理。这一特性的应用非常广泛,例如硬件处理的算法、协议实现以及实时激励-响应等应用。
测试时间比较(包含设置时间)
前面所有的测试演示都只针对单次测量的时间。而在本项测试中,除了测量时间以外,还将考虑设置时间。这在包含多种测试标准的自动化测试(例如功率放大器测试)之中很有必要。
图 12. 若考虑设置时间,NI 5665的速度要快20倍。
总结
对于一个典型的测试设置来说,相对于使用Agilent PXA,NI PXIe-5665能够提供相同或者更好的性能,而且在大多数测试中要快14-15倍。同时,NI PXIe-5665的成本要比传统台式仪器小得多。在下表中,对NI 5665以及相对应的Agilent PXA价格进行了比较。
频率范围
PXA
(基于2011年8月9日,Agilent.com网站上的价格)
NI PXIe-5665
10 Hz 至 13.6 GHz
$61,956
$54,999
50 MHz BW
(Agilent可实现40 MHz)
$15,435
已包含
电子衰减, 3.6 GHz
$3,093
已包含
前置放大, 3.6 GHz
$1,900
已包含
微波预选旁通
$5,361
已包含
PXIe机箱&MXIe控制器
已包含
起价
$3,1981
总计
$87,745
$58,197
可节省29%
在自动化测试系统中,PXI机箱和MXI控制器的花费通常被系统中的所有仪器均摊。例如,如果一个测试系统中包含两个NI PXIe-5665矢量信号分析仪,并插在一个PXIe机箱中,则机箱和控制器的费用只会发生一次,因此总的投入要少于2 x $58,597。然而,如果一个测试系统中包含两套PXA,则投入为2 x $87,745。
注意:对于自动化测试应用来说,Agilent PXA和NI PXIe-5665在PC和所选编程语言(如LabVIEW、CVI、Visual Studio等)方面的投入是相同的,因此也没有将其纳入到比较当中。
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