图4  传统模拟中频频谱仪结构框图

          另外一方面，频谱仪结构的创新也从很多方面改善了测试速度。与传统频谱仪结构（如图所示）不同，安捷伦PSA高性能频谱仪创新地使用了业界领先的全数字中频技术，其原理框图如图所示。射频信号经过混频器进入中频，经过自动幅度调整和高频抖动两个信号调理模块直接被ADC量化为数字信号，传统频谱仪的各个模拟中频信号处理模块，例如RBW滤波器、中频放大器、对数放大器、包络检波器、VBW滤波器等，都直接采用数字ASIC芯片实现，这样的实现方式极大改善了幅度精度（PSA在3 GHz以下的典型幅度精度高达0.19 dB），也间接地改善了频谱仪的测试速度。

图5  PSA全数字中频原理框图

          首先是可设置的RBW带宽个数大大增多。RBW带宽是频谱仪中很重要的一个测试参数，它直接影响到频谱仪的灵敏度、分辨信号能力和扫描速度。传统频谱仪的扫描时间与RBW带宽设置存在如下关系，扫描时间 = k×扫宽/(RBW带宽)²，人为减小扫描时间很可能使RBW滤波器对信号没有充分响应，造成测得的频率和幅度漂移，如图所示。实际测试中，特别是诊断测试中，往往需要灵活设置RBW带宽折衷扫描速度与灵敏度、分辨信号能力。传统模拟中频的频谱仪，由于每个RBW带宽都与一个模拟RBW滤波器对应，改变RBW带宽实际上是在模拟带通滤波器之间进行切换，因此可设置的RBW带宽通常会受到模拟带通滤波器个数的限制，一般遵从1-3-10步进的规则，从1 Hz到8 MHz只有15个RBW带宽可以设置。在使用了全数字中频之后，PSA中的RBW滤波器全部使用数字ASIC芯片实现，除了精度得到提高以外，可设置的RBW带宽也不再受模拟滤波器个数的限制，PSA的RBW带宽遵从10%的步进规则，从1 Hz到8 MHz有多达160个RBW带宽可供选择，这就极大地方便了诊断测试的灵活性，可以保证在足够的灵敏度和分辨信号能力的基础上尽可能缩短扫描时间，提高EMI诊断测试的吞吐率。

图6  扫描过快导致测量结果不准

 其次是RBW滤波器的选择性被大大改善了。安捷伦的频谱仪使用形状因子，即滤波器-60 dB带宽与-3 dB带宽之比，来衡量RBW滤波器的选择性，这一指标在频谱仪指标手册里都有描述，显然形状因子小的RBW滤波器分辨信号的能力更强。对于传统模拟中频频谱仪，由于受模拟滤波器实现的限制，通常形状因子为12:1，其滤波器形状如图中黑色曲线。使用全数字中频的PSA，其RBW滤波器的形状因子为4.1:1，其滤波器形状如图中蓝色曲线。假设有两个频率间隔很小的干扰信号，它们幅度差别较大，如果使用数字RBW滤波器，则既可以测量到较大的干扰信号，也可以分辨较小的干扰信号。如果使用模拟RBW滤波器，由于其形状因子较大，在大干扰信号激励下形成的滤波器裙带就把小干扰信号湮没了，这时只能通过减小RBW带宽来试图分辨小干扰信号，而减小RBW带宽会使得频谱仪的扫描时间成平方关系变长，测试速度大大变慢。

图7  RBW率滤波器的形状因子

          最后，全数字中频技术作为一个颠覆性的技术，使得全数字中频频谱仪在相同的设置下的测试速度比模拟中频频谱仪要快的多。下图是安捷伦传统模拟中频8563E频谱仪与全数字中频PSA频谱仪的测量比较图，可以看到在相同设置下，PSA的测试时间只有8563E的一半。

图8  传统模拟中频与数字中频扫描时间对比