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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(yīng)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(guān)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(zhuǎn)換器 (DAC)，后者將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓。如圖 1 所示。

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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(chǎn)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(fù)。

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(nèi)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(nèi)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?jīng)Q定了波形的輸出時間和部分。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(nèi)存被分成相同長度的段。每個觸發(fā)事件輸出一個段。

Sequence - 內(nèi)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(nèi)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。

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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(nèi)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(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 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(shè)置為重復(fù)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(zhì)（先讀后寫），可以寫入任何步進寄存器

在運行期間在序列內(nèi)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(shè)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(fù)）將在下次執(zhí)行時保留 重放完成與步驟#4 關(guān)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(zhuǎn)到步驟#2 并無縫地繼續(xù)重放關(guān)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(shè)置，例如輸出關(guān)聯(lián)的模式并重復(fù)編程的次數(shù)。

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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(nèi)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(fù)，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(yīng)響應(yīng)。測得的測試結(jié)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(yīng)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(yù)加載所有測試波形。

將被測設(shè)備 (DUT) 連接到 AWG 和數(shù)字轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(diào)用它們的能力是一種獨特的能力。結(jié)合 AWG 幾乎可以生成任何波形的能力，它構(gòu)成了理想的測試發(fā)生器。

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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(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位周期的中間放置一個轉(zhuǎn)換。它也可能（取決于要傳輸?shù)男畔ⅲ┰谥芷陂_始時有一個過渡。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)換允許信號自計時。該復(fù)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(nèi)容。

在下面的示例中，段將設(shè)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(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)動程序。這些驅(qū)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(qū)動程序都附帶詳細的文檔和工作示例。

控制序列存儲器內(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)時結(jié)束循環(huán)，2 => 結(jié)束序列）

僅使用上面描述的三個組件，十四個步驟即可構(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(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(nèi)容來切換數(shù)據(jù)內(nèi)容。

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結(jié)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(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(yīng)編程的能力。