ZU902＋FMC194可编程宽带信号源实测

硬件基于北京科恒盛远科技有限公司研制的 ZU902 主板与 FMC194 子卡。我们在这套硬件上完成了 FPGA DDS 单音、DDR4 复数 IQ 文件回放、AD9166 片内 NCO 和上位机控制的联调，并用 RIGOL RSA6265 频谱仪记录了代表性结果：实数模式 2.4 GHz，复数 MIX 模式 4 GHz、7 GHz，以及中心 4.5 GHz、扫频覆盖约 1.2 GHz 的线性调频（LFM）输出。文末还补充了独立 2×NRZ 工程的阶段性台架数据。

图 1　测试现场全景：ZU902＋FMC194、直流电源、射频连接线与 RSA6265 频谱仪。

图 2　北京科恒盛远科技有限公司研制的 ZU902 主板与 FMC194 子卡上电近照。FMC194 安装在 ZU902 主板上，通过网口与上位机通信，由射频端口接入频谱仪。

从数字样点到射频输出

本文重点展示两条信号路径。实数 NRZ 路径由 FPGA DDS 直接产生单音，在当前工程中以 5 GSPS、插值 ×1 工作，不使用片内 NCO；按 5 GSPS 的第一奈奎斯特区，直接设定频率应限于 2.5 GHz 以下。另一条是复数 MIX 路径：FPGA 提供 1.5 GSPS 复数基带，既可用 DDS 产生 IQ 单音，也可从 DDR4 回放自定义 IQ 文件，再通过 AD9166 片内 NCO 配合 MIX 模式形成射频输出。这里的 1.5 GSPS 是基带 IQ 样率，6 GSPS 是本次 MIX 配置下的 DAC 更新率，不能当成同一个采样率。独立 2×NRZ 工程的阶段性测试另见图 9。

AD9166 数据手册列出的器件 MIX 模式范围为 1～8 GHz（6 GSPS 配置）。这是器件条件下的规格；本文展示的是 ZU902＋FMC194 当前工程的离散频点与一次宽带扫频实测，并非板卡全频段指标认证。不同模式需使用与之匹配的 FPGA 配置；上位机预览提供数字样点和预期频谱的辅助观察，不能替代 RF 端测量。

图 3　MIX 模式上位机界面。可见网络连接、DDS／NCO 参数、DDR 文件操作及下方的 I/Q 正交时域波形与 IQ 基带频谱。图中基带 DDS 为 10 MHz、NCO 设置值为 990 MHz，数字等效频率为 1 GHz；图 6 的 7 GHz 是 6 GHz＋1 GHz 对应的第三区实测输出。下方曲线是上位机计算的局部样点预览，并非频谱仪采集的 RF 波形。

三个代表性单音频点

先看实数 NRZ。当前 5 GSPS 工程的扫频记录，在第一奈奎斯特区从 1 MHz 到 2.499 GHz 抽测了离散频点；100 MHz 的一次读数约为 −3.75 dBm，而 2.5 GHz 边界的读数已明显下降。因此我们把“可直接设定的实数输出”限定在已测的 2.5 GHz 以下频点，不把更高频率的镜像峰当成独立、洁净的输出能力。

图 4　实数 NRZ，DDS 设为 2.4 GHz。复拍原生截屏的 Marker 为 2.400000000 GHz、−13.43 dBm；中心频率 2.4 GHz、SPAN 2 MHz、RBW／VBW 各 10 kHz。该值为频谱仪输入端读数，未扣除线缆损耗；它与此前不同连接条件下扫频得到的 −10.98 dBm 不作直接比较。

再看复数 MIX。4 GHz 单音使用 10 MHz 基带 DDS，上位机将 NCO FTW 设置为 3990 MHz；在 6 GSPS 周期下，该设置等效于 −2010 MHz，所见 4 GHz 峰属于对应的采样镜像。7 GHz 单音使用 10 MHz 基带 DDS 与 990 MHz NCO 设置值，在 6 GSPS 采样体系的第三区观察到 6 GHz＋1 GHz 输出。两张复拍原生截屏对应的频谱仪输入端读数分别为 −10.12 dBm 和 −14.98 dBm。

图 5　MIX 模式 4 GHz 单音：DDS 10 MHz、上位机 NCO FTW 设置值 3990 MHz；Marker 4.000000000 GHz、−10.12 dBm。中心 4 GHz、SPAN 2 MHz、RBW／VBW 各 10 kHz。

图 6　MIX 模式第三区 7 GHz 单音：DDS 10 MHz、NCO 990 MHz；Marker 7.000000000 GHz、−14.98 dBm。中心 7 GHz、SPAN 2 MHz、RBW／VBW 各 10 kHz。

这三张单音图说明相应设置下目标信号可在 RF 端测到，却不能据此推导板卡的频率精度、全频段幅度平坦度、杂散或相位噪声。

DDR4 文件生成与回放

上位机可生成正弦、方波、三角波和 LFM 波形文件，并由用户指定保存位置。复数 IQ 文件采用小端 int16 交织格式 I0,Q0,I1,Q1,…，每个复数样点占 4 字节。文件生成后由操作者手动选取、下发至 DDR4，再选择连续循环或按设定间隔回放。当前界面提供 32／64／128／256／512 MiB 与 1／2／4／8 GiB 九档容量；上传前必须检查文件字节数与所选 DDR 容量完全一致，不用非整数周期的重复拼接去“填满”内存，以免在循环边界引入不连续。

近期回归测试中，32 MiB 验证了文件下发、读写校验、连续回放与 1000 ms 间隔回放；64 MiB 验证了文件下发、读写校验和连续回放。九档完整容量上传与 CRC 一致性另有历史实测记录。

1.2 GHz LFM 扫频覆盖实测

宽带示例使用 32 MiB IQ 文件，在 1.5 GSPS 复数基带下构造 −600～＋600 MHz 的 LFM，幅度设为 80%FS；DDR4 连续回放，片内 NCO 设为 4.5 GHz。由频率映射，预期 RF 扫频区间为 3.9～5.1 GHz。频谱仪设置为中心 4.5 GHz、SPAN 1.5 GHz、RBW／VBW 各 1 MHz，清除旧迹线后使用 Trace 最大保持，得到下图的宽带轮廓。

图 7　1.2 GHz LFM 的 RF 端频谱仪原生截屏。最大保持迹线显示约 3.9～5.1 GHz 的连续扫频覆盖；这是频率随时间扫过后累积的轮廓，不代表某一瞬间全带同时输出。

保存的 801 点迹线以 −30 dBm 绝对电平门限识别连续频点，从 3.898125 GHz 到 5.101875 GHz，跨度约 1.20375 GHz；在 3.9～5.1 GHz 内，最大保持读数的最高与最低值约为 −13.32 dBm、−16.99 dBm，相差约 3.66 dB。这里报告的是该次连接、频谱仪设置与门限下的观测结果，不是 −3 dB 带宽、占用带宽（OBW）、校准后的带内平坦度或调制质量指标。

图 8　同一份 32 MiB LFM IQ 文件的上位机离线预览区域：NCO FTW 与预计 RF 显示中心均为 4500 MHz，RF SPAN 设为 1500 MHz。左侧为从文件局部样点数学重构的预计 RF 时域波形，右侧频谱也只分析局部窗口；这不是 RF 端口实测图，也不显示本次 DDR 下发或读写校验状态。完整扫频覆盖以图 7 的频谱仪最大保持迹线为准。

2×NRZ 独立工程阶段性实测

另有独立的 2×NRZ FPGA 工程完成了阶段性台架验证：在 0.1～9 GHz 的 14 个离散代表频点均测到目标信号；100 MHz 精测读数约为 −4.14 dBm。在本次 DAC 更新率 12 GSPS 的配置下，6 GHz 以上按 12 GHz−数字载频对应的采样镜像观察，其中数字载频应计入 NCO 和基带频率；9 GHz 读数已降至约 −35.27 dBm，不能理解成全段幅度平坦。更能区分模式的用例是将基带 DDS 设为 10 MHz、片内 NCO 设置为 3490 MHz：2026 年 9 月 10 日按已验证的 2×NRZ 工程配置测得 3.5 GHz、−9.394 dBm；9 月 14 日换用新板卡重新上电并复测，原生存屏读数为 3.500000 GHz、−9.46 dBm（图 9）。两次读数未做线损校准，不作为功率一致性指标。

图 9　2×NRZ 3.5 GHz 判别频点的 RSA6265 原生存屏（2026 年 9 月 14 日）。中心 3.5 GHz、SPAN 2 MHz、RBW／VBW 各 10 kHz，屏幕标记读数 3.500000 GHz、−9.46 dBm。

方案价值与后续验证

ZU902＋FMC194 的价值在于可编程与可复现：同一硬件平台既能验证单音频点，也能把自定义 IQ 文件送入 DDR4，结合 NCO、上位机预览和频谱仪完成从数字波形到 RF 输出的闭环检查。它适合宽带波形实验、算法原型和射频链路联调。

本文展示的是当前工程的代表性台架结果，不等同于商用信号源的完整指标。若用于有明确功率或频谱纯度要求的系统，还需在统一的端口校准条件下测量输出功率、频响平坦度、镜像与杂散、相位噪声、调制误差和长时间稳定性。

说明

本文数据对应文中所述板卡、固件、软件、连接与测试条件。涉及器件规格、系统边界和后续验证的表述，应结合具体项目配置评估。