任意波形發(fā)生器（AWG）的一個重要功能點是，它們可以生成幾乎無限數(shù)量種的波形形狀。AWG的運行模式控制了這些波形輸出的方式。在這篇應用筆記中，我們將探討如何高效利用TS-M4i.66xx系列AWG的不同運行模式。其中，我們會集中介紹其序列模式，該模式能提供接近于實時控制輸出波形選擇的能力。

TS-M4i.66xx系列AWG

AWG的工作方式類似于反向模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它們先將波形以數(shù)值形式存儲在波形內(nèi)存中，然后控制器將數(shù)字數(shù)據(jù)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)中，該轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓。如圖1所示。

圖1：AWG中從內(nèi)存到輸出的數(shù)據(jù)路徑概念框圖

一、波形內(nèi)存運行模式

TS-M4i.66xx系列AWG的波形內(nèi)存有兩種不同的運行模式。

第一種是標準模式，在這種模式下，波形數(shù)據(jù)完全存儲在波形內(nèi)存中，這會限制波形持續(xù)時間不超過波形內(nèi)存的長度。但請注意，對于這個產(chǎn)品系列的AWG，波形內(nèi)存都非常大，可達到2 GSamples，從而提供在最快的時鐘速率(1.25 GS/s)下高達1.6秒的最大波形持續(xù)時間，并且該持續(xù)時間內(nèi)沒有任何重復部分。

第二種模式是FIFO模式，它通過PCIe x8串行接口從計算機主機流式傳輸波形數(shù)據(jù)，速率最高可達2.8 GB/s。內(nèi)部波形內(nèi)存用作流式緩沖區(qū)。這種模式允許延長波形的持續(xù)時間，一般受限于計算機主機的可用運行內(nèi)存。使用基于RAID數(shù)據(jù)存儲的PC系統(tǒng)時，甚至可以實現(xiàn)連續(xù)數(shù)小時的無間斷波形生成。

二、AWG運行模式

運行模式?jīng)Q定了何時輸出波形的哪一部分。運行模式與AWG觸發(fā)設置一起生效，該觸發(fā)可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生。各種不同模式的概述如下：

●Single 單次模式- 波形內(nèi)存中的數(shù)據(jù)將在第一次觸發(fā)事件后輸出一次，之后的觸發(fā)將被忽略。

●Single restart 單次重播模式- 波形內(nèi)存中的相同數(shù)據(jù)將在每次觸發(fā)事件后輸出一次。

●Repetitive (continuous) 重復（連續(xù)）- 波形內(nèi)存的數(shù)據(jù)連續(xù)循環(huán)輸出到設定的次數(shù)或直到發(fā)出停止命令為止。

●Gated 門控- 允許通過外部門控信號的狀態(tài)來控制波形輸出。

●Multiple 多段– 波形內(nèi)存被劃分為相同長度的多個段，每次觸發(fā)事件輸出下一個段。

●Sequence 序列– 波形內(nèi)存被劃分為多個段，可將不同長度的波形加載到段中。順序文件確定具體的輸出順序、循環(huán)計數(shù)和將要輸出的段。

多段模式和序列模式都把波形內(nèi)存分割成了多個段，每個段用于包含一個波形或波形的一個部分。然后，每次觸發(fā)都會增加選定的段號并輸出對應的波形。其中序列模式還增加了用戶可選自定義循環(huán)次數(shù)的能力以及選擇更改下一個要輸出的段的功能。

三、序列模式

整個序列流程如圖2所示。正如前面所說，序列模式會將輸出的AWG波形分割為幾個數(shù)據(jù)段。

圖2：波形內(nèi)存的分割和序列內(nèi)存的鏈接

加載到每個段中的波形可以具有不同的大小。用戶自定義的數(shù)據(jù)段鏈接順序可以通過額外的序列存儲器進行記錄，如下圖2所示底部所示。序列存儲器將內(nèi)存步驟與特定段關(guān)聯(lián)，可以指定每個段的循環(huán)次數(shù)，并定義下一個段。最重要的是，波形段之間的切換沒有死區(qū)，也就是說允許無縫連接。

在我們的示例中，序列存儲器內(nèi)定義了4個步驟。其中三個（Step#1、#3和#4）構(gòu)成無盡循環(huán)，將連續(xù)重復輸出，每次循環(huán)將包含數(shù)據(jù)段#2重復10次，數(shù)據(jù)段#3重復100次，以及數(shù)據(jù)段#7僅1次，然后，AWG輸出又返回到Step #1并重新開始周期。

在序列模式下，可以通過簡單的軟件命令更改輸出的波形，或者在某段數(shù)據(jù)正在輸出的同時重新定義其他段波形數(shù)據(jù)，通過這個功能，我們可以實現(xiàn)近乎實時的波形編程和輸出。

波形和序列存儲器的嚴格分離使得在運行過程中更改序列存儲器成為可能。我們再來看上面的示例，序列有一個未使用的步驟，即Step#2。在我們的示例中，啟動AWG之前已經(jīng)定義了3個步驟。一開始，我們不對這些步驟進行更改。然后設置Step#2令其自循環(huán)，也即是將它自身作為鏈接的下一個步驟，但由于已定義的序列順序，該步驟并不會被調(diào)用。我們想強調(diào)的是：由于序列存儲器的讀取優(yōu)先于寫入特性，因此可以在運行時安全地向序列存儲器中的任何步驟寄存器寫入，而不用擔心會破壞它。通過地址找到某個步驟并更改其下一步鏈接對象參數(shù)，可以實現(xiàn)軟件控制的序列間切換。

假設在我們上面的例子中，我們將第Step#4的下一步鏈接參數(shù)從Next=#1更改為Next=#2，則原本無限執(zhí)行的3步驟序列（自AWG開始輸出以來一直重復）將在下一次輸出完成與Step#4關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)段（在示例是段#7）的最后一個采樣點時，退出原有循環(huán)。然后，它將跳轉(zhuǎn)到Step#2，并無縫繼續(xù)輸出與之關(guān)聯(lián)的段#3的第一個樣本。由于Step#2結(jié)束后鏈接回自身，AWG后續(xù)將無盡循環(huán)輸出數(shù)據(jù)段#3，直到被用戶停止。

對于序列內(nèi)存中的任何一個步驟，其“Next”，“Segment”和“Loop”三個步驟參數(shù)都可以在運行時進行更改，而不需擔心會破壞序列內(nèi)存。但應當注意的是，一旦進入某一步驟，就會按該步驟原本的設置執(zhí)行，這包括輸出關(guān)聯(lián)的段落波形，以及編程設置的重復次數(shù)，都將會先按舊設置完成輸出，再把新設置應用進去。

四、序列模式的優(yōu)勢

TS-M4i.66xx系列AWG的序列模式具有許多優(yōu)勢。首先，它可以更有效地利用內(nèi)置存儲器。比如，重復波形段可以只存儲一次，并在需要時重復輸出，從而減少所需的內(nèi)存空間。

其次，輸出波形的順序選擇具有非常大的靈活性。所有測試過程中用到的波形都可以立即加載，然后根據(jù)需要進行選取，這極大地提高了測試速度。

此外，對波形段近乎實時的控制，使得AWG響應不同測試需求時，能輕松展現(xiàn)其強大的適應性。可以根據(jù)其他測試測量結(jié)果，隨時改變序列順序，而無需停止測試。這是其最強大的優(yōu)勢，換句話說，它允許根據(jù)測量性能來更改測試條件的自適應測試。

以下是一個通用的典型場景：

● 預先加載所有測試波形

● 將被測設備（DUT）分別連接到任意波形發(fā)生器和數(shù)字化儀

● AWG輸出測試波形1

● 使用數(shù)字化儀捕獲并分析測試波形1對DUT的影響

● 根據(jù)分析結(jié)果選取下一個測試

● AWG輸出測試波形2

● 使用數(shù)字化儀捕獲并分析測試波形2對DUT的影響。

● 根據(jù)分析結(jié)果選取下一個測試

● 繼續(xù)重復上述步驟，直到測試完成

提前存儲所有用到的測試波形，并通過編輯序列內(nèi)存來實時調(diào)用它們的這個功能，是TS-AWG的一個強大優(yōu)勢。再結(jié)合任意波形發(fā)生器本身可生成幾乎任何波形的能力，它成為了一種測試波形發(fā)生器的理想選擇。

五、使用序列模式的一個例子

該例子的目的是測試針對曼徹斯特編碼的串行數(shù)據(jù)流接收器，該數(shù)據(jù)流如圖3所示。

圖3：準備由AWG生成的曼徹斯特編碼的串行數(shù)據(jù)流示例

曼徹斯特編碼在許多常見的串行數(shù)據(jù)鏈路中都有應用，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存在一個電平跳變。此外，它可能（取決于要傳輸?shù)男畔ⅲ┰趫笪闹芷陂_始和結(jié)束時也有額外的電平跳變。每位中間位置的電平跳變方向表示了該位的數(shù)據(jù)，而報文周期邊界處的跳變則不攜帶信息，它們的存在只是為了將信號置于正確的狀態(tài)，以允許位中的轉(zhuǎn)換。保證發(fā)生的跳變同時也使得信號能夠包含時鐘信息。

上述這個復合波形由圖4中的三種波形段元素組成：

● "1" - 高電平到低電平的跳變

● "0" - 低電平到高電平的跳變

● 靜息基線 – 保持在直流0V電平

圖4：使用3個數(shù)據(jù)段生成曼徹斯特代碼

我們會發(fā)現(xiàn)，通過使用這些元素分別定義三個波形段，就可以合成任何數(shù)據(jù)包組合。這同時意味著，通過改變這三個段的順序，就可以改變數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。

接下來，我們將段設置為512個采樣點的長度，時鐘速率設為50 MS/s，這樣每個波形元素的持續(xù)時間（圖3中的TBIT）將是10.24 μs。數(shù)據(jù)包與包之間有一個持續(xù)超過兩個比特時鐘周期的靜息基線信號。

在本例中，TS-M4i.6631-x8 AWG是使用MATLAB腳本控制的，該腳本構(gòu)建起了四種用于測試的不同數(shù)據(jù)包。德思特提供了適用于Windows和Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，這些驅(qū)動程序支持大多數(shù)常用編程語言和第三方測試集成軟件，例如LabVIEW，MATLAB和LabWindows/CVI，所有這些驅(qū)動都帶有詳細文檔和工作示例。

下面展示的是控制序列內(nèi)存內(nèi)容的MATLAB代碼：

總是結(jié)束循環(huán)，1 => 在觸發(fā)時結(jié)束循環(huán)，2 => 結(jié)束整個序列。

下面這個波形就是通過十四個步驟建立起來的，其中只用到了前述的三個波形段元素。

圖5：使用TS-M4i.4450-x8數(shù)字化儀獲取到的不同序列數(shù)據(jù)包波形

MATLAB腳本種包含四個這樣的“表格”，每個表格種加載不同的波形段組合。當AWG運行在這種MATLAB腳本時，即可產(chǎn)生四種不同的數(shù)據(jù)包。波形輸出的結(jié)果如圖5所示。

這里，我們使用了TS-M4i.4450-x8數(shù)字化儀以多段采集模式獲取整個測試序列中的4段。4個局部顯示窗口中最上面的一個展示了我們在上述代碼中所生成的完整數(shù)據(jù)包波形。其它三個則是不同的數(shù)據(jù)包，作為僅通過更改序列內(nèi)存參數(shù)即可更改數(shù)據(jù)內(nèi)容的示例。

六、結(jié)論

AWG的操作模式?jīng)Q定了波形的選擇和輸出時機。序列模式是其中最靈活的模式，具有分割內(nèi)存和選擇要輸出的波形段的能力，還允許用戶設置每段應重復的次數(shù)，然后確定下一個輸出的段。編程控制每個段的序列內(nèi)存，可以在AWG輸出的同時進行更改，這意味著輸出的波形可以實現(xiàn)近乎實時的更改，從而提供編程實現(xiàn)自適應測試的能力。

審核編輯 黃宇