測試儀器制造商面臨著一項挑戰，即必需努力提供領先新興技術一步的性能。這項任務盡管看起來很困難，不過，許多測量設備供應商通過與它們的設備和組件供應商以及客戶密切合作，配合最新測試要求，仍取得了成功。對頻率合成器而言，要求之一是快速的頻率轉換，此外是低相位噪聲。一般來說，要在儀器中同時實現兩者是很困難的。但新型的合成信號發生器Panther 2500系列具有出色的相位噪聲性能和閃電般的轉換速度，在這方面居領先地位。Panther 2500系列包括了4個模型，分別涵蓋100kHz到8GHz、100kHz到 20 GHz、100kHz到 26.5 GHz以及 100kHz到 40 GHz四個頻帶，每一個都在全頻帶范圍內具有0.0001 Hz的精細頻率分辨率。 這些信號源可通過兩種不同的結構予以提供，即bench-top (完全前板控制) 和自動測試設備(ATE)應用(背板輸出)。

　　這種新式的測試信號發生器采用了Gigatronics公司正在申請專利的“累積高頻反饋”(Accumulative High Frequency Feedback，AHFF)技術來實現低單邊帶(SSB)偏移相位噪聲性能，同時保持很快的頻率轉換速度。這些新式的信號發生器具有高穩定度時基(high stability time base)、調頻(FM)、高速脈沖/方波調制(PM)、調幅(AM)以及高輸出功率等標準性能，為研發(R&D)和制造環境中的CW、調制、掃頻和快速頻率轉換等應用提供了出色的測試解決方案。

　　頻率合成器按照它是具有直接合成還是間接合成架構可分為兩類。直接合成器能夠利用模擬方法(混頻、倍頻、分頻和濾波)或直接數字合成(DDS)，也可以是二者相結合。直接頻率合成器具有出色的性能，但往往體積笨重，價格高昂，而且功耗高，可靠性差。

　　而2500信號發生器這類合成器一般都采用間接合成架構。這種架構利用信號轉換路徑鎖相環(PLL)，較之直接合成架構成本較低，也更簡單，故其尺寸也較小，功耗較低。不幸的是，為了滿足軍用和大規模測試應用的高性能要求，這類合成器常常需要多個PLL，有時高達8到10個，結果，轉換速度很慢，設計也十分復雜。

　　單邊帶(SSB)相位噪聲定義為，在給定頻率偏移1Hz帶寬內的噪聲功率與載波信號功率之比。

　　在設計良好的PLL中，相位噪聲分布作為載波偏移的函數，包含了兩個截然不同的部分。第一部分是一個基準(pedestal)，從載波延伸到環路帶寬，伴有自激振蕩器噪聲。第二部分通常以20dB/10倍頻的速度單調下降，最終達到噪聲基底。上述只是對用于這種目的PLL中相位噪聲的簡單描述。

　　過去數年間，為使第一部分的基準不大于理論限值，眾多工程師進行了大量的努力，這一限值由參考噪聲源乘以輸出和參考頻率的比值來決定。這一比值應盡可能低，這一點非常重要。一般是利用帶有分頻器的多個PLL來實現。這種方案能夠提供良好的相位噪聲，但增加了復雜些和成本。

　　在基于PLL的合成器架構中，相位噪聲主要和PLL的輸出頻率與輸入頻率(或參考頻率)之比值成比例。通過采用具有最低相位噪聲的頻率盡可能高的參考源，可以實現良好的輸出相位噪聲，因為給定輸出頻率的倍增因子(N)被最小化。不幸的是， N值低意味著很難獲得精細的頻率分辨率。要解決這一難題，同時又仍然保持很低的相位噪聲，需要用到小數N和sigma-delta系統。

　　不過，這類系統的PLL必須具有比較窄的環路濾波器帶寬，以防止雜散信號單邊帶通過導致轉換速度的減慢。

　　AHFF技術

　　由Gigatronics公司工程師開發的AHFF技術，克服了小數N和sigma-delta系統的局限性，Panther 2500系列合成器即采用了這一技術，在單環路中獲得了很低的N值，和非常精細的分辨率(圖2)。這種方案采用了帶有驅動PLL的變量的高頻參考源，可通過把幾種低噪聲技術巧妙結合起來予以實現。PLL使用了一種新穎的高頻預分頻技術，相比傳統的PLL合成方法，對于給定的相位噪聲電平，可使輸出頻率與參考頻率之比值相當低。

　　Panther 2500系列中，PLL頻率步進和參考調諧的劃分被非常謹慎地計算。目的在于力圖保持大PLL帶寬，同時提供高性能信號發生器所需的足夠的雜散單邊帶抑制。必須注意到，更大的環路帶寬對頻率轉換速度和相位穩定時間(settling time)都很有好處。需小心地技巧處理雙調諧算法控制這些參數，以同時實現信號純凈度和大環路帶寬。

　　較之傳統設計，Panther 2500系列發生器中的相位檢測器工作在高頻下。這些信號發生器中的可調振蕩器是一種工作在4 到10 GHz范圍內的YIG調諧振蕩器。其信號的一部分由小數預置分頻器(Prescaler)處理，這樣，相位檢測器的信號在頻率上接近參考頻率。為了使YIG振蕩器穩定，相位檢測器把兩個信號間的相位差饋入到環路電路和YIG振蕩器中。高頻參考源和小數預置分頻器都依賴算法進行調諧，通過能確保相位快速穩定的足夠寬的帶環為雜散信號抑制提供正確的條件。

　　這種獨特架構的計算結果如何？Panther 2500系列信號發生器能夠提供卓越的閉合相位噪聲性能(圖3)，在10-GHz載波偏移100 Hz和1 kHz處分別小于-84 dBc/Hz和-104 dBc/Hz，在相同載波偏移10kHz和 100kHz處小于-111 dBc/Hz。從100 MHz到 20 GHz頻帶的諧波小于-55 dBc，20 GHz以上小于-30 dBc。非諧波雜散量在10 GHz小于-64 dBc，從10 到 20 GHz小于-60 dBc，20 GHz以上小于-54dBc。

　　在Panther 2500系列信號發生器中，YIG振蕩器的輸出由參考環路監控。參考環路具有被鎖定在10MHz(內部或外部)的100 MHz恒溫控制晶體振蕩器 (OCXO)。PLL控制YIG振蕩器的頻率，故輸出頻率具有和參考振蕩器相同的精度和穩定性。如果參考晶體振蕩器的穩定度規格為3 × 10-8/每日，則在最后一次校準之后1 GHz處的最壞情況頻率誤差將測得為900 Hz。Panthers發生器具有高穩定性OCXO參考源，其日老化率小于5 × 10-10，溫度穩定度優于2.5 × 10-8/°C。通過采用更好的外部10-MHz或100-MHz參考源，可以提高精度。

　　對于1 GHz的頻率步進，Panther 2500系列信號發生器的振幅和頻率轉換時間小于550 ?s。特別是在高吞吐量測試中，比如天線測試和雷達截面 (RCS)測量，若可以利用分析設備，這種轉換速率可以大幅減小測試時間。利用該公司的Automation XpressPC機軟件(每個發生器都配備有)，可能獲得1-ms 的CW頻率和功率轉換時間以實現更快速的測試和更大的設備吞吐量。

　　這些發生器在8到20 GHz范圍提供了+20 dBm的平均輸出功率(圖4)。通過增添一個90-dB的可編程步進衰減器(step attenuator)，可以加強輸出功率控制。這些發生器可以把功率級調節降低到20 GHz以內-110 dBm，40 GHz以內-100 dBm，以精確控制輸出功率。此外，利用內置的自動電平控制(ALC)電路，在100kHz到20 GHz頻率范圍，0 dBm信號的電平測量精度優于±0.5 dB， 20 GHz到 40 GHz范圍優于±1.0 dB(圖5)。

　　此外，2500A系列還包括有外部ALC功能性、DC FM和相位調節功能。外接ALC使2500A能夠根據負載和測試的條件自動補償自己的輸出到給定電平。若2500系列的輸出通過一根線纜或其他設備連接到某個設備上，會造成顯著的駐波或信號衰減，這時一般會使用外部ALC功能。比如，行波管(TWT)的制造和測試中即有這類應用。由于這些真空器件的電壓駐波比(VSWR)變化非常大，外部ALC可用來補償TWT的輸入變化，否則TWT可能只有幾分貝。利用DC FM，操作人員可以通過外部控制來精細調節Panther 2500信號發生器的輸出頻率。這種相位調節功能可以對信號的輸出相位進行調節，在必須對測試信號的相位(或頻率)進行精細調節的應用中尤其有用。

　　最后，為易于使用，Panther 2500系列發生器的前板菜單被簡化，使操作人員的效率得以提高。軟屏(soft screen)和菜單層的數量被減至最少，從而簡化了目錄，更便于操作。所有的Panther 2500系列發生器都附帶有Automation Xpress PC軟件，這種軟件是專門編寫來改善用戶手動操作的交互性能，以及提高ATE編程效率的。該軟件采用廣為人熟知的Microsoft Windows環境來簡化復雜的ATE任務。通過業界領先的應用軟件，比如Microsoft Excel 或 Notepad，工程師們能夠在數秒內創建、管理并下載復雜的列表。Automation Xpress軟件帶有高速編程接口，可以大大加快執行速度。Panther 2500系列的自動編程器功能可確保在手動配置信號發生器期間，產生的ATE任務隊列無錯誤。