Präzisionsschaltungsdesign für I/Q-Modulation und HF-Aufwärtswandlung

Der I/Q-Modulator ist das Herzstück des Vektorsignalgenerators, der im digitalen Bereich erzeugte Basisbandsignale in die Sprache des HF-Bereichs übersetzt. Die Präzision dieses Prozesses bestimmt direkt die Fehlervetormagnitude (EVM) des endgültigen Ausgangssignals, eine Schlüsselmetrik zur Messung der Modulationsqualität.

Auf der Leiterplattenebene ist die Sicherstellung der Wiedergabetreue der I/Q-Modulation eine anspruchsvolle Aufgabe. Das Design einer Hochleistungs-Leiterplatte für einen Modulationsgenerator erfordert Aufmerksamkeit für:

• Symmetrisches Layout: Die I- und Q-Signalpfade müssen physisch so symmetrisch wie möglich sein, einschließlich Leiterbahnlängen, Via-Anzahl und Umgebung, um I/Q-Ungleichgewichte zu minimieren und Spiegelfrequenzstörungen zu vermeiden.
• Unterdrückung von Local Oscillator (LO)-Leckagen: Das LO-Signal ist eine starke Störquelle und muss durch das PCB-Layout effektiv isoliert werden. HILPCB verwendet geerdete Abschirmungen, Isolationsträben und Stripline-/Microstrip-Strukturen in Mehrschichtplatinen, um die LO-Leckage unter -80 dBc zu reduzieren.
• Impedanzanpassung: Jede Schnittstelle, vom DAC-Ausgang über den Modulatoreingang bis zum HF-Aufwärtswandler, muss präzise auf 50 Ohm angepasst werden, um Signalreflexionen zu verhindern und maximale Leistungsübertragung sowie einen flachen Frequenzgang zu gewährleisten.

Power Integrity (PI)-Strategien zur Gewährleistung der Signalreinheit

In Präzisionsmessinstrumenten ist die Stromversorgung nicht nur eine Leistungseinheit, sondern auch ein Wächter der Signalqualität. Jedes Rauschen von der Stromversorgung kann direkt oder indirekt auf das HF-Signal moduliert werden, sich als Phasenrauschen oder Störsignale manifestieren und die Instrumentenleistung erheblich beeinträchtigen. Für den Vektorsignalgenerator ist ein außergewöhnliches Power Integrity (PI)-Design eine Voraussetzung für die Erzielung eines hohen Dynamikbereichs und geringen Phasenrauschens.

Bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten wendet HILPCB die folgenden PI-Strategien an:

• Partitionierte Stromversorgung und Isolation: Unterteilung der Leiterplatte in unabhängige digitale, analoge und HF-Versorgungsbereiche. Rauschkopplung wird durch physikalische Isolation (z. B. geteilte Leistungsebenen oder Isolationsbänder) und Filternetzwerke (z. B. Ferritperlen, Induktivitäten) verhindert.
• Niederimpedantes Power Delivery Network (PDN): Aufbau eines PDN, das von DC bis zu mehreren GHz eine niedrige Impedanz aufrechterhält, indem vollständige Versorgungs- und Masseebenen verwendet, die Ebenenkapazität erhöht und die Via-Layouts optimiert werden, um Hochgeschwindigkeitschips mit sofortigem Strom zu versorgen.
• Präzisionsentkopplung: Platzierung von Entkopplungskondensatoren unterschiedlicher Werte in der Nähe der Stromversorgungsstifte jedes Chips, um ein Breitband-Filternetzwerk zu bilden, das Rauschen über niedrige bis hohe Frequenzen effektiv absorbiert.

Kalibrierungs- und Rückverfolgbarkeitssystem von Messinstrumenten

Der Wert eines Instruments liegt nicht nur in seinen Werksspezifikationen, sondern auch in seiner Fähigkeit, diese Spezifikationen über die Zeit aufrechtzuerhalten, was auf einem strengen Kalibrierungs-System und Rückverfolgbarkeit beruht. Vektorsignalgeneratoren enthalten typischerweise Selbstkalibrierungsschaltungen, um Leistungsdrift zu kompensieren, die durch Temperaturschwankungen und Komponentenalterung verursacht wird. Diese Selbstkalibrierungsschaltungen, wie interne Kalibrierungssignalquellen, Leistungsmesser und Schaltnetzwerke, werden auf Leiterplatten implementiert. Bei der Herstellung solcher Leiterplatten gewährleistet HILPCB die Signalintegrität und Isolation der Kalibrierungspfade, was eine genaue Messung und Korrektur von Amplituden- und Phasenfehlern im Hauptsignalpfad ermöglicht. Dies garantiert die langfristige Genauigkeit und Präzision des Instruments.

Auswirkungen von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien auf die Signalintegrität

Wenn Signalfrequenzen den GHz- oder sogar den Zehn-GHz-Bereich erreichen, werden die Leiterplattensubstratmaterialien selbst zu einem kritischen Faktor, der die Signalqualität beeinflusst. Herkömmliche FR-4-Materialien weisen bei hohen Frequenzen deutlich erhöhte Verluste sowie eine schlechte Frequenzstabilität der Dielektrizitätskonstante (Dk) und des Verlustfaktors (Df) auf, was zu Signalamplitudendämpfung und Phasenverzerrung führt.

Für High-End Vektorsignalgeneratoren, insbesondere in Mikrowellen- und Millimeterwellenfrequenzbändern, ist die Auswahl des geeigneten Hochfrequenz-Leiterplattenmaterials entscheidend. HILPCB bietet eine vollständige Palette von Hochfrequenzmaterialien, einschließlich Rogers, Teflon (PTFE) und Taconic, und gibt Materialauswahlempfehlungen basierend auf den spezifischen Anwendungen der Kunden. Zum Beispiel erfordert eine Impulsgenerator-Leiterplatte, die für die Radarzielsimulation verwendet wird, extrem schnelle Anstiegszeiten und geringes Jitter, was Leiterplattenmaterialien mit extrem geringen Verlusten und stabilem Dk erforderlich macht.

Anwendungen von Vektorsignalgeneratoren in der fortgeschrittenen Prüfung

Der Vektorsignalgenerator ist ein unverzichtbares Werkzeug in der modernen elektronischen Prüfung und Messung, dessen Anwendungen den gesamten Produktentwicklungs-, Produktions- und Zertifizierungsprozess umfassen.

• Prüfung drahtloser Kommunikation: In der Forschung und Entwicklung von Technologien wie 5G/6G und Wi-Fi 7 verwenden Ingenieure Vektorsignalgeneratoren, um standardkonforme Testsignale zur Validierung wichtiger Leistungsmetriken wie Empfängerempfindlichkeit und Nachbarkanalunterdrückungsverhältnis zu erzeugen. Sie werden oft mit einem Spektrumanalysator gekoppelt, um ein vollständiges Transceiver-Testsystem zu bilden.
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: In Radar- und elektronischen Kriegsführungssystemen werden sie verwendet, um komplexe Zielechos und Störungsumgebungen zu simulieren und die Erkennungs- und Gegenmaßnahmenfähigkeiten des Systems zu testen. Ihre Flexibilität übertrifft bei weitem herkömmliche Function Generator PCB oder DDS Generator PCB.
• Halbleitertests: Bei der Charakterisierung von Hochgeschwindigkeitschips (z. B. SerDes, ADC/DAC) liefern sie hochwertige Anregungssignale zur Messung von Parametern wie Jitter-Toleranz, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und spurfreiem Dynamikbereich (SFDR). Diese hochmodernen Anwendungen stellen extrem strenge Anforderungen an die Signalqualität, und alles beginnt mit einer gut konzipierten, präzise gefertigten Leiterplatte.

Fazit

Von der komplexen digitalen Basisbandverarbeitung über die präzise HF-Modulation bis hin zur reinen Signalverstärkung – jede herausragende Leistungsmetrik des Vektorsignalgenerators ist tief in der Design- und Fertigungsqualität seiner internen Leiterplatte verwurzelt. Signalintegrität, Stromversorgungsintegrität, Wärmemanagement und die korrekte Auswahl hochfrequenter Materialien bilden zusammen die Grundlage dieses Präzisionsinstruments. Mit umfassender Expertise in der Leiterplattenfertigung im Bereich Test und Messtechnik ist HILPCB bestrebt, weltweit führenden Instrumentenherstellern die hochwertigsten und zuverlässigsten Leiterplattenlösungen anzubieten. Wir sind fest davon überzeugt, dass nur durch das Streben nach extremer Präzision in jedem Fertigungsdetail letztendlich ein außergewöhnlicher Vektorsignalgenerator geliefert werden kann, der Kunden befähigt, an der Spitze der Technologie kontinuierlich zu forschen und Innovationen voranzutreiben.