任意波形信號(hào)發(fā)生器使用方法

存儲(chǔ)器大小是德科技：通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí) - 使用 BERT 和 AWG 的相干光解決方案存儲(chǔ)器大小

存儲(chǔ)器大小指的是可用于存儲(chǔ)長(zhǎng)串用戶自定義波形的存儲(chǔ)器容量。該技術(shù)指標(biāo)的單位為千兆樣點(diǎn)(Gsa)。數(shù)據(jù)被饋入數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)中，生成所需信號(hào)的電壓階躍表示。為了精確地創(chuàng)建已定義的信號(hào)，就會(huì)需要高采樣率和大存儲(chǔ)器。

采樣率

采樣率是 DAC 在給定時(shí)間間隔內(nèi)可以采樣的樣點(diǎn)數(shù)量。該技術(shù)指標(biāo)的單位為千兆樣點(diǎn)/秒(Gsa/s)。采樣率決定了任意波形發(fā)生器輸出信號(hào)的最大頻率分量。采樣率也可以用其他術(shù)語(yǔ)來(lái)表示，如“時(shí)鐘速率”和“樣點(diǎn)訪問速率”。下面這個(gè)公式可以用來(lái)理解存儲(chǔ)器大小和采樣率之間的關(guān)系。

存儲(chǔ)器/采樣率 = 播放時(shí)間

從上式可以看出，采樣率越高，使用的內(nèi)存就越多，播放時(shí)間也就越短。播放時(shí)間決定了 AWG 可以生成的獨(dú)特波形的總長(zhǎng)度。這個(gè)播放時(shí)間長(zhǎng)度也稱為重復(fù)前的持續(xù)時(shí)間。例如，存儲(chǔ)器大小為 256 kSa，采樣率為 64 GSa/s 的話，播放時(shí)間為 4 微秒。這個(gè)碼型不是很長(zhǎng)，這也是它需要大量?jī)?nèi)存才能獲得更多播放時(shí)間的原因。

動(dòng)態(tài)范圍 — 垂直分辨率(DAC 位數(shù))

這是 DAC 的輸出，它表示為電壓與垂直分辨率位數(shù)的比。該值用相對(duì)于載波幅度的分貝數(shù)(dBc)來(lái)表示。例如，8 位 DAC 可以輸出 2 到 8 位的垂直分辨率，或產(chǎn)生所需波形的 256 個(gè)不同的電壓電平。在比較不同品牌的任意波形發(fā)生器 ADC 位數(shù)技術(shù)指標(biāo)時(shí)，我們務(wù)必要了解，ADC 每增加一位，垂直分辨率會(huì)翻倍。

帶寬

任意波形發(fā)生器的輸出限定為特定的上端輸出頻率。任意波形發(fā)生器的帶寬是它能夠可靠地提供的頻率輸出范圍。該值也稱為“數(shù)據(jù)速率”，以千兆位/秒(Gb/s)表示。請(qǐng)注意，帶寬由采樣率決定，但它們之間不是一對(duì)一的關(guān)系。我們來(lái)看看為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況。

DAC 必須在存儲(chǔ)器中準(zhǔn)確地創(chuàng)建信號(hào)，并且在每個(gè)周期需要產(chǎn)生至少兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這就是所謂的奈奎斯特理論。因此，采樣率為 1 GHz 的話，DAC 的輸出為 500 MHz，即采樣率的一半。

DAC 輸出信號(hào)不是平滑的正弦波，而是存儲(chǔ)器中用電壓階躍表示的碼型。因此，DAC 輸出需要進(jìn)行濾波。在任意波形發(fā)生器內(nèi)，濾波通過(guò)重建濾波器完成，該濾波器可產(chǎn)生平滑的正弦波。然而，采用這種類型的濾波有一定的代價(jià)，采樣率與 AWG 輸出頻率的比值要額外損失 10%。您可以參考下面的公式。例如，上述 1 GHz 采樣率會(huì)使得任意波形發(fā)生器的最大輸出頻率達(dá)到 400 MHz。

最大任意波形發(fā)生器輸出頻率 = 采樣率 x 40%

無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)

該值在頻域中測(cè)量，是從選定頻率到所述帶寬內(nèi)最高可見雜散或諧波的距離，用 dB 表示。該值以相對(duì)于選定頻率幅度的分貝數(shù)表示。下圖 1 中的屏幕截圖所示為屏幕中心的 AWG 輸出頻率的示例，左側(cè)的雜散比振幅低 94.54 dB。

圖 1：相對(duì)于雜散的中心頻率

有效位數(shù)(ENOB)

有效位數(shù)來(lái)自 DAC 位數(shù)。由于諧波、雜散信號(hào)和 AWG 本底噪聲的影響，有效位數(shù)小于 DAC 位數(shù)。請(qǐng)注意，該技術(shù)指標(biāo)會(huì)改變 AWG 的帶寬，您應(yīng)當(dāng)查看如下圖一樣的 ENOB 與頻率圖，獲得與您選擇的信號(hào)輸出頻率相關(guān)的值。請(qǐng)注意，下圖 2 中的圖表參考了一個(gè) 14 位系統(tǒng)。但是，您可以看到，在受到信噪比失真(SINAD)的影響之后，接收機(jī)在 1.5 GHz 的實(shí)際分辨率位數(shù)降低到了大約 9 位。

圖 2：頻率上的 ENOB 曲線

ENOB 是一個(gè)很好的技術(shù)指標(biāo)，能夠在考慮對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響后查看 AWG 的實(shí)際性能。ENOB 可以根據(jù)以下公式來(lái)測(cè)量或計(jì)算。請(qǐng)注意，SINAD 是總信號(hào)功率與意外信號(hào)噪聲之間的比值。

抖動(dòng)

波形的抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致邊沿和電壓電平不對(duì)齊。這樣可能會(huì)導(dǎo)致 AWG 將數(shù)據(jù)誤差注入您的系統(tǒng)。抖動(dòng)值通常以同步時(shí)鐘和直接數(shù)據(jù)輸出之間的 ps 峰峰值表示。

了解 AWG 的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)規(guī)格，為您的應(yīng)用選擇合適的發(fā)生器：

? 存儲(chǔ)器、采樣率和播放時(shí)間相互關(guān)聯(lián)

? 帶寬與采樣率不會(huì)匹配，但應(yīng)該是采樣率的 60%

? 相比 ADC 位數(shù)，ENOB 可以更好地表示分辨率

? 將抖動(dòng)技術(shù)指標(biāo)考慮在內(nèi)，以確保真實(shí)的信號(hào)保真度