01

圖 1：顯示從存儲(chǔ)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(qiáng)大功能之一是它們可以生成幾乎無(wú)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(shí)序。在本應(yīng)用說(shuō)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(diǎn)關(guān)注序列模式，該模式提供近實(shí)時(shí)控制輸出波形選擇的能力。

AWG 的運(yùn)行模式就像一個(gè)反向的數(shù)字化儀。它們以數(shù)字形式將波形存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器中，然后波形控制器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，后者將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓。如圖 1 所示。

02

波形存儲(chǔ)器工作模式

虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 中的波形存儲(chǔ)器以?xún)煞N不同的模式使用。第一種是標(biāo)準(zhǔn)模式，其中波形數(shù)據(jù)完全存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器中，因此波形持續(xù)時(shí)間會(huì)被限制為波形存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度。請(qǐng)注意，對(duì)于該產(chǎn)品系列，波形存儲(chǔ)器達(dá)到2 GSamples，以最快 (1.25 GS/s) 時(shí)鐘速率提供長(zhǎng)達(dá) 1.6 秒的波形持續(xù)時(shí)間，波形的任何部分都不會(huì)重復(fù)。

第二種模式是先進(jìn)先出 (FIFO)，它使用 PCIe x8 串行接口以高達(dá) 2.8 GB/s 的速率從主機(jī)傳輸波形數(shù)據(jù)。內(nèi)部波形存儲(chǔ)器用作流緩沖器。此模式允許延長(zhǎng)波形持續(xù)時(shí)間，但現(xiàn)在受到主機(jī)中可用內(nèi)存的限制。使用基于 RAID 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的 PC 系統(tǒng)，例如 虹科 Spectrum 的Streaming Systems，甚至可用于實(shí)現(xiàn)數(shù)小時(shí)的不間斷波形生成

03

AWG工作模式

操作模式?jīng)Q定了波形的輸出時(shí)間和部分。該操作模式與可在內(nèi)部或外部生成的 AWG 觸發(fā)器一起工作。操作模式總結(jié)如下：

Single - 波形存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(mén)控信號(hào)的狀態(tài)控制。

Multiple - 內(nèi)存被分成相同長(zhǎng)度的段。每個(gè)觸發(fā)事件輸出一個(gè)段。

Sequence - 內(nèi)存被分成段。不同長(zhǎng)度的波形被加載到段中。序列文件確定輸出順序、循環(huán)計(jì)數(shù)和要輸出的段。

多重和序列模式都將波形存儲(chǔ)器分段，每個(gè)分段包含一個(gè)波形或部分波形。然后每個(gè)觸發(fā)器都會(huì)增加段號(hào)并輸出選定的波形。序列模式增加了將片段內(nèi)容循環(huán)用戶(hù)可選擇的次數(shù)以及選擇要輸出的下一個(gè)片段的能力。

04

圖 2：波形內(nèi)存拆分和序列內(nèi)存鏈接

序列模式

如前所述，序列模式將 AWG 波形分成幾個(gè)數(shù)據(jù)段。

每個(gè)段中加載的每個(gè)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(chǔ)器按用戶(hù)選擇的順序鏈接。序列存儲(chǔ)器將存儲(chǔ)器步驟與特定段鏈接起來(lái)，指定每個(gè)段的循環(huán)次數(shù)，并定義下一個(gè) 部分。重要的是，波形段之間的切換發(fā)生在段之間沒(méi)有死區(qū)時(shí)間。

在我們的示例中，序列內(nèi)存中的 4 個(gè)步驟已被定義。其中三個(gè)（步驟#1、步驟#3 和步驟#4）執(zhí)行無(wú)限循環(huán)，將不斷重復(fù)?？ǖ妮敵鰧貜?fù) 10 次的數(shù)據(jù)段 #2，重復(fù) 100 次的數(shù)據(jù)段 #3，以及僅重復(fù)一次的數(shù)據(jù)段 #7。此時(shí) AWG 循環(huán)回到第 1 步并重新開(kāi)始循環(huán)。

在序列模式下，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件命令更改重放的波形，或者在重放其他段的同時(shí)重新定義段的波形數(shù)據(jù)。這允許對(duì)波形輸出進(jìn)行近乎實(shí)時(shí)的編程。

波形和序列存儲(chǔ)器的嚴(yán)格分離使得可以在運(yùn)行時(shí)更改序列存儲(chǔ)器。如果我們?cè)俅尾榭丛撌纠?，該序列有一個(gè)未使用的步驟，即步驟#2。在我們的示例中，在 AWG 開(kāi)始之前定義了 3 個(gè)步驟。起初這些都沒(méi)有改變。步驟#2 設(shè)置為重復(fù)自身。也就是說(shuō)，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(chǔ)器的性質(zhì)（先讀后寫(xiě)），可以寫(xiě)入任何步進(jìn)寄存器

在運(yùn)行期間在序列內(nèi)存中而不破壞它。通過(guò)尋址某個(gè)步驟并更改例如其下一個(gè)參數(shù)，可以通過(guò)軟件在兩個(gè)序列之間切換。

假設(shè)在我們上面的示例中，我們將步驟 #4 的下一個(gè)參數(shù)從 Next=1 更改為 Next=2，無(wú)限執(zhí)行的 3 步序列（自 AWG 啟動(dòng)以來(lái)一直重復(fù)）將在下次執(zhí)行時(shí)保留 重放完成與步驟#4 關(guān)聯(lián)的模式的最后一個(gè)樣本（在本例中為段#7），然后它將跳轉(zhuǎn)到步驟#2 并無(wú)縫地繼續(xù)重放關(guān)聯(lián)段#3 的第一個(gè)樣本。當(dāng)步驟#2 鏈接回自身時(shí)，它將在無(wú)限循環(huán)中生成數(shù)據(jù)段#3，直到被用戶(hù)停止。

序列存儲(chǔ)器中任何步驟的三個(gè)步驟參數(shù)“Next”、“Segment”和“Loop”中的任何一個(gè)都可以在運(yùn)行時(shí)更改，而不會(huì)損壞序列存儲(chǔ)器。但是，一旦輸入一個(gè)步驟，它將被執(zhí)行并完成當(dāng)前設(shè)置，例如輸出關(guān)聯(lián)的模式并重復(fù)編程的次數(shù)。

05

序列模式的優(yōu)勢(shì)

虹科M4i.66xx系列

虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 的序列模式具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。首先是它可以更有效地利用內(nèi)部存儲(chǔ)器。循環(huán)波形元素可以存儲(chǔ)一次并根據(jù)需要重復(fù)，從而減少所需的存儲(chǔ)空間。輸出波形選擇的排序有很大的靈活性。可以立即加載測(cè)試程序所需的所有波形，然后根據(jù)需要進(jìn)行選擇。這大大提高了測(cè)試速度。此外，對(duì)波形段進(jìn)行近乎實(shí)時(shí)的控制，可以輕松地對(duì)測(cè)試需求提供自適應(yīng)響應(yīng)。測(cè)得的測(cè)試結(jié)果可以改變序列順序，并且這可以在不停止測(cè)試的情況下發(fā)生。這是最強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗С肿赃m應(yīng)測(cè)試，可以根據(jù)測(cè)量的性能更改測(cè)試條件。

考慮以下一般情況：

預(yù)加載所有測(cè)試波形。

將被測(cè)設(shè)備 (DUT) 連接到 AWG 和數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

輸出測(cè)試波形1

使用數(shù)字化儀獲取并分析測(cè)試波形 1 對(duì) DUT 的影響

根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇下一個(gè)測(cè)試

回放測(cè)試波形 2

使用數(shù)字化儀獲取并分析測(cè)試波形 2 對(duì) DUT 的影響

根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇下一個(gè)測(cè)試

繼續(xù)直到測(cè)試完成

這種存儲(chǔ)所有測(cè)試波形并根據(jù)需要通過(guò)動(dòng)態(tài)編輯序列存儲(chǔ)器調(diào)用它們的能力是一種獨(dú)特的能力。結(jié)合 AWG 幾乎可以生成任何波形的能力，它構(gòu)成了理想的測(cè)試發(fā)生器。

06

使用序列模式的示例

考慮測(cè)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(yīng)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(jiàn)的串行數(shù)據(jù)鏈路，包括 RFID、PSI 5 和以太網(wǎng)。曼徹斯特碼總是在每個(gè)位周期的中間放置一個(gè)轉(zhuǎn)換。它也可能（取決于要傳輸?shù)男畔ⅲ┰谥芷陂_(kāi)始時(shí)有一個(gè)過(guò)渡。中間位轉(zhuǎn)換的方向指示數(shù)據(jù)。周期邊界的轉(zhuǎn)換不攜帶信息。它們的存在只是為了將信號(hào)置于正確的狀態(tài)以允許中間位轉(zhuǎn)換。保證轉(zhuǎn)換允許信號(hào)自計(jì)時(shí)。該復(fù)合波形由圖 4 所示的三個(gè)波形分量組成：

圖 4：3 個(gè)數(shù)據(jù)段用于生成曼徹斯特碼

波形段

“1” - 從高到低的過(guò)渡

“0” - 從低到高的過(guò)渡

0 伏直流電平的基線(xiàn)。

通過(guò)使用這些組件定義三個(gè)波形段，可以合成任何數(shù)據(jù)模式組合。這意味著通過(guò)重新排列這三個(gè)段的順序，可以更改數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。

在下面的示例中，段將設(shè)置為 512 個(gè)樣本的長(zhǎng)度，時(shí)鐘速率為 50 MS/s，因此每個(gè)組件的持續(xù)時(shí)間（圖 3 中的 TBit）將為 10.24 μs。數(shù)據(jù)包由持續(xù)超過(guò)兩個(gè)位時(shí)鐘周期的基線(xiàn)信號(hào)分隔。

虹科Spectrum M4i.6631-x8 AWG 使用 MATLAB 腳本進(jìn)行控制，該腳本為測(cè)試目的構(gòu)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(qū)動(dòng)程序。這些驅(qū)動(dòng)程序支持最常見(jiàn)的編程語(yǔ)言和第三方系統(tǒng)集成軟件，如 LabVIEW、MATLAB 或 LabWindows/CVI。所有驅(qū)動(dòng)程序都附帶詳細(xì)的文檔和工作示例。

控制序列存儲(chǔ)器內(nèi)容的 MALAB 代碼如下所示：

*注意：條件定義：（0 => 始終結(jié)束循環(huán)，1 => 觸發(fā)時(shí)結(jié)束循環(huán)，2 => 結(jié)束序列）

僅使用上面描述的三個(gè)組件，十四個(gè)步驟即可構(gòu)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(gè)這樣的表，每個(gè)表加載不同的段組合。當(dāng) AWG 在此 MATLAB 腳本下運(yùn)行時(shí)，它會(huì)生成四種不同的數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)輸出結(jié)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(jīng)討論過(guò)的數(shù)據(jù)模式。其他三個(gè)是不同的模式，顯示 AWG 如何僅通過(guò)更改序列存儲(chǔ)器內(nèi)容來(lái)切換數(shù)據(jù)內(nèi)容。

07

結(jié)論

AWG 操作模式控制波形的選擇和時(shí)序。序列模式是最通用的模式，可以分段存儲(chǔ)并選擇要輸出的波形段，設(shè)置該段重復(fù)的次數(shù)，然后確定下一段。段的編程由 AWG 運(yùn)行時(shí)更改的序列存儲(chǔ)器控制。這意味著輸出的波形可以近乎實(shí)時(shí)地改變，從而提供進(jìn)行測(cè)試自適應(yīng)編程的能力。