01
圖 1:顯示從存儲器到輸出的數(shù)據(jù)路徑的 AWG 概念框圖
引言
任意波形發(fā)生器 (AWG) 的強大功能之一是它們可以生成幾乎無限數(shù)量的波形。AWG 的工作模式控制這些波形輸出方式的時序。在本應用說明中,我們將研究虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 工作模式的有效使用,重點關注序列模式,該模式提供近實時控制輸出波形選擇的能力。
AWG 的運行模式就像一個反向的數(shù)字化儀。它們以數(shù)字形式將波形存儲在波形存儲器中,然后波形控制器將數(shù)字數(shù)據(jù)傳送到數(shù)模轉換器 (DAC),后者將其轉換為模擬電壓。如圖 1 所示。
02
波形存儲器工作模式
虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 中的波形存儲器以兩種不同的模式使用。第一種是標準模式,其中波形數(shù)據(jù)完全存儲在波形存儲器中,因此波形持續(xù)時間會被限制為波形存儲器的長度。請注意,對于該產品系列,波形存儲器達到2 GSamples,以最快 (1.25 GS/s) 時鐘速率提供長達 1.6 秒的波形持續(xù)時間,波形的任何部分都不會重復。
第二種模式是先進先出 (FIFO),它使用 PCIe x8 串行接口以高達 2.8 GB/s 的速率從主機傳輸波形數(shù)據(jù)。內部波形存儲器用作流緩沖器。此模式允許延長波形持續(xù)時間,但現(xiàn)在受到主機中可用內存的限制。使用基于 RAID 的數(shù)據(jù)存儲的 PC 系統(tǒng),例如 虹科 Spectrum 的Streaming Systems,甚至可用于實現(xiàn)數(shù)小時的不間斷波形生成
03
AWG工作模式
操作模式決定了波形的輸出時間和部分。該操作模式與可在內部或外部生成的 AWG 觸發(fā)器一起工作。操作模式總結如下:
Single - 波形存儲器中的數(shù)據(jù)將在第一次觸發(fā)事件后重放一次,隨后的觸發(fā)將被忽略。
Single restart - 波形存儲器的相同數(shù)據(jù)將在每次觸發(fā)事件后重播一次。
Repetitive (continuous)- 波形存儲器的數(shù)據(jù)連續(xù)播放編程的次數(shù)或直到發(fā)出停止命令。
Gated - 允許波形輸出由外部門控信號的狀態(tài)控制。
Multiple - 內存被分成相同長度的段。每個觸發(fā)事件輸出一個段。
Sequence - 內存被分成段。不同長度的波形被加載到段中。序列文件確定輸出順序、循環(huán)計數(shù)和要輸出的段。
多重和序列模式都將波形存儲器分段,每個分段包含一個波形或部分波形。然后每個觸發(fā)器都會增加段號并輸出選定的波形。序列模式增加了將片段內容循環(huán)用戶可選擇的次數(shù)以及選擇要輸出的下一個片段的能力。
04
圖 2:波形內存拆分和序列內存鏈接
序列模式
如前所述,序列模式將 AWG 波形分成幾個數(shù)據(jù)段。
每個段中加載的每個波形可以具有不同的大小。如圖 2 底部所示,數(shù)據(jù)段使用附加序列存儲器按用戶選擇的順序鏈接。序列存儲器將存儲器步驟與特定段鏈接起來,指定每個段的循環(huán)次數(shù),并定義下一個 部分。重要的是,波形段之間的切換發(fā)生在段之間沒有死區(qū)時間。
在我們的示例中,序列內存中的 4 個步驟已被定義。其中三個(步驟#1、步驟#3 和步驟#4)執(zhí)行無限循環(huán),將不斷重復??ǖ妮敵鰧貜?10 次的數(shù)據(jù)段 #2,重復 100 次的數(shù)據(jù)段 #3,以及僅重復一次的數(shù)據(jù)段 #7。此時 AWG 循環(huán)回到第 1 步并重新開始循環(huán)。
在序列模式下,可以通過簡單的軟件命令更改重放的波形,或者在重放其他段的同時重新定義段的波形數(shù)據(jù)。這允許對波形輸出進行近乎實時的編程。
波形和序列存儲器的嚴格分離使得可以在運行時更改序列存儲器。如果我們再次查看該示例,該序列有一個未使用的步驟,即步驟#2。在我們的示例中,在 AWG 開始之前定義了 3 個步驟。起初這些都沒有改變。步驟#2 設置為重復自身。也就是說,它作為下一步鏈接回自身,但由于定義的順序,通常不使用它。由于序列存儲器的性質(先讀后寫),可以寫入任何步進寄存器
在運行期間在序列內存中而不破壞它。通過尋址某個步驟并更改例如其下一個參數(shù),可以通過軟件在兩個序列之間切換。
假設在我們上面的示例中,我們將步驟 #4 的下一個參數(shù)從 Next=1 更改為 Next=2,無限執(zhí)行的 3 步序列(自 AWG 啟動以來一直重復)將在下次執(zhí)行時保留 重放完成與步驟#4 關聯(lián)的模式的最后一個樣本(在本例中為段#7),然后它將跳轉到步驟#2 并無縫地繼續(xù)重放關聯(lián)段#3 的第一個樣本。當步驟#2 鏈接回自身時,它將在無限循環(huán)中生成數(shù)據(jù)段#3,直到被用戶停止。
序列存儲器中任何步驟的三個步驟參數(shù)“Next”、“Segment”和“Loop”中的任何一個都可以在運行時更改,而不會損壞序列存儲器。但是,一旦輸入一個步驟,它將被執(zhí)行并完成當前設置,例如輸出關聯(lián)的模式并重復編程的次數(shù)。
05
序列模式的優(yōu)勢
虹科M4i.66xx系列
虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 的序列模式具有相當大的優(yōu)勢。首先是它可以更有效地利用內部存儲器。循環(huán)波形元素可以存儲一次并根據(jù)需要重復,從而減少所需的存儲空間。輸出波形選擇的排序有很大的靈活性??梢粤⒓醇虞d測試程序所需的所有波形,然后根據(jù)需要進行選擇。這大大提高了測試速度。此外,對波形段進行近乎實時的控制,可以輕松地對測試需求提供自適應響應。測得的測試結果可以改變序列順序,并且這可以在不停止測試的情況下發(fā)生。這是最強大的優(yōu)勢,因為它支持自適應測試,可以根據(jù)測量的性能更改測試條件。
考慮以下一般情況:
預加載所有測試波形。
將被測設備 (DUT) 連接到 AWG 和數(shù)字轉換器。
輸出測試波形1
使用數(shù)字化儀獲取并分析測試波形 1 對 DUT 的影響
根據(jù)測量結果選擇下一個測試
回放測試波形 2
使用數(shù)字化儀獲取并分析測試波形 2 對 DUT 的影響
根據(jù)測量結果選擇下一個測試
繼續(xù)直到測試完成
這種存儲所有測試波形并根據(jù)需要通過動態(tài)編輯序列存儲器調用它們的能力是一種獨特的能力。結合 AWG 幾乎可以生成任何波形的能力,它構成了理想的測試發(fā)生器。
06
使用序列模式的示例
考慮測試接收器的曼徹斯特編碼串行數(shù)據(jù)流,如圖 3 所示。
圖 3:應由 AWG 生成的曼徹斯特編碼串行數(shù)據(jù)流示例
曼徹斯特編碼用于許多常見的串行數(shù)據(jù)鏈路,包括 RFID、PSI 5 和以太網。曼徹斯特碼總是在每個位周期的中間放置一個轉換。它也可能(取決于要傳輸?shù)?a target="_blank">信息)在周期開始時有一個過渡。中間位轉換的方向指示數(shù)據(jù)。周期邊界的轉換不攜帶信息。它們的存在只是為了將信號置于正確的狀態(tài)以允許中間位轉換。保證轉換允許信號自計時。該復合波形由圖 4 所示的三個波形分量組成:
圖 4:3 個數(shù)據(jù)段用于生成曼徹斯特碼
波形段
“1” - 從高到低的過渡
“0” - 從低到高的過渡
0 伏直流電平的基線。
通過使用這些組件定義三個波形段,可以合成任何數(shù)據(jù)模式組合。這意味著通過重新排列這三個段的順序,可以更改數(shù)據(jù)包的內容。
在下面的示例中,段將設置為 512 個樣本的長度,時鐘速率為 50 MS/s,因此每個組件的持續(xù)時間(圖 3 中的 TBit)將為 10.24 μs。數(shù)據(jù)包由持續(xù)超過兩個位時鐘周期的基線信號分隔。
虹科Spectrum M4i.6631-x8 AWG 使用 MATLAB 腳本進行控制,該腳本為測試目的構建了四種不同的數(shù)據(jù)模式。虹科Spectrum 提供適用于 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)的驅動程序。這些驅動程序支持最常見的編程語言和第三方系統(tǒng)集成軟件,如 LabVIEW、MATLAB 或 LabWindows/CVI。所有驅動程序都附帶詳細的文檔和工作示例。
控制序列存儲器內容的 MALAB 代碼如下所示:
*注意:條件定義:(0 => 始終結束循環(huán),1 => 觸發(fā)時結束循環(huán),2 => 結束序列)
僅使用上面描述的三個組件,十四個步驟即可構建波形。
圖 5:使用虹科 M4i.4450-x8 數(shù)字化儀采集串行數(shù)據(jù)包的不同段
MATLAB 腳本包含四個這樣的表,每個表加載不同的段組合。當 AWG 在此 MATLAB 腳本下運行時,它會生成四種不同的數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)輸出結果如圖5所示。
使用虹科 Spectrum M4i.4450-x8 數(shù)字化儀以多重采集模式采集四段串行數(shù)據(jù)包。頂部顯示的是已經討論過的數(shù)據(jù)模式。其他三個是不同的模式,顯示 AWG 如何僅通過更改序列存儲器內容來切換數(shù)據(jù)內容。
07
結論
AWG 操作模式控制波形的選擇和時序。序列模式是最通用的模式,可以分段存儲并選擇要輸出的波形段,設置該段重復的次數(shù),然后確定下一段。段的編程由 AWG 運行時更改的序列存儲器控制。這意味著輸出的波形可以近乎實時地改變,從而提供進行測試自適應編程的能力。
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