Современная техника генерации импульсных и произвольных сигналов корпорации Tektronix

№ 4’2015
PDF версия
В последнее десятилетие наблюдается бурное развитие цифровой техники генерации сигналов сложной и произвольной формы. Огромный вклад в это развитие внесла корпорация Tektronix (США), известная выпуском самых распространенных в мире осциллографов. К чему в наши дни привели достижения корпорации — описано в данном обзоре.

Разрабатывая и выпуская большую номенклатуру осциллографов, корпорация Tektronix не могла обойти вниманием и технику генерации сигналов. Ведь осциллограф — это прибор для наблюдения сигналов, и для его проверки необходимы генераторы сигналов, особенно импульсной и произвольной формы. Вопрос о том, что появилось раньше — «яйцо или курица», обычно решается в пользу осциллографов, поскольку без них невозможно создание генераторов определенной (пусть и произвольной) формы.

К концу 2014 года корпорация Tektronix существенно обновила всю номенклатуру генераторов импульсных и произвольных сигналов, приблизив их к параметрам сигналов, исследуемых скоростными осциллографами этой компании. На ее сайте (www.tektronix.com) появился новый раздел по обширной серии программируемых генераторов нано- и субнаносекундной длительности импульсов PSL (рис. 1). Они построены с применением новейших достижений сверхскоростной твердотельной электроники [1, 2], в том числе еще советских времен, с добавлением возможности программирования генераторов.

Данные о генераторах серии PSL на сайте компании Tektronix

Рис. 1. Данные о генераторах серии PSL на сайте компании Tektronix

Существенно обновилась и номенклатура цифровых скоростных и сверхскоростных цифровых генераторов сложных и произвольных сигналов, в разработку которых Tektronix внесла огромный и признанный мировым сообществом вклад. К концу 2014‑го были выпущены новые или обновленные технические описания современных генераторов (многие на русском языке).

 

Программируемые генераторы наносекундных импульсов PCL1P601 и PCL1P602

Генераторы PCL1P601 и PCL1P602, представленный на рис. 2 [3], — это одно- и двухканальные цифровые программируемые генераторы наносекундных импульсов, позволяющие получать пары дифференциальных сигналов с форматами NRZ, RZ, R1 и памятью длиной 16 Мбит в каждом канале. Возможно создание сложных комбинаций — паттернов из таких импульсов, задаваемых пользователем программно. Генераторы предназначены для создания рабочих мест для тестирования и настройки сверхскоростной аппаратуры в научных и образовательных учреждениях, системах с последовательной передачей скоростных данных. Габариты корпуса 439×87×421 мм, рабочая температура — 0–50 °C.

Двухканальный программируемый генератор наносекундных импульсов PCL1P602

Рис. 2. Двухканальный программируемый генератор наносекундных импульсов PCL1P602

Приборы имеют внутренний и внешний запуск и малый уровень временного джиттера. Они обеспечивают ВЧ- и даже СВЧ-частоту повторения импульсов от 15 МГц до 1,6 ГГц с разрешением в 1 Гц и кварцевой стабилизацией, амплитуду от 50 мВ до 2,5 В на стандартной нагрузке 50 Ом при времени нарастания импульсов 150 пс и временном джиттере менее 10 пс (рис. 3). Обеспечен выход по каждому каналу дифференциальных выходных сигналов. Программируемое смещение импульсов от –2 до +3,3 В.

Осциллограммы импульса

Рис. 3. Осциллограммы импульса:
а) с СВЧ-частотой повторения 800 МГц;
б) глазковая диаграмма с малым джиттером

Осциллограммы импульсов генератора, демонстрирующие возможности изменения амплитуды, частоты и числа импульсов в пачке, представлены на рис. 4. Там же, как и на рис. 3, показаны глазковые диаграммы импульсов генератора, часто применяемые при тестировании высокоскоростных устройств и систем. Обращает на себя внимание отсутствие у импульсов больших выбросов и колебаний на вершине, что свидетельствует о тщательной конструктивной проработке импульсного тракта.

Осциллограммы импульсов генератора и полученные с его помощью глазковые диаграммы

Рис. 4. Осциллограммы импульсов генератора и полученные с его помощью глазковые диаграммы

 

Генераторы PSPL10050A, PSPL10060A, PSPL10070A

Модель PSPL10050A — это генератор импульсов с фиксированной амплитудой 10 В, малым временем нарастания (не более 45 пс) и частотой от 1 Гц до 1000 кГц [4]. У других генераторов данной серии предусмотрено изменение амплитуды от 900 мкВ до 10 В (PSPL10060A) и от 700 мкВ до 7,5 В (PSPL10070A) при времени нарастания от 65 до 45 нс и длительности импульсов от 100 до 45 пс. Запуск выполняется одиночными импульсами или с изменяемой частотой повторения. Размеры приборов 48,3×38,6×14 см, вес 9,5 кг, потребляемая от промышленной сети мощность 65 Вт (рис. 5).

Генератор наносекундных импульсов серии PSPL100Х0A

Рис. 5. Генератор наносекундных импульсов серии PSPL100Х0A

Приборы имеют переднюю панель с клавишным управлением, программирование по стандарту IEEE‑488, внутренний, ручной и внешний запуск и режим запуска от приборного интерфейса GPIB. Основные области применения: лаборатории университетов, источники сигналов для тестирования широкополосных систем UWB, снятие характеристик быстродействующих полупроводниковых приборов и применение в качестве источников для запуска лазерных диодов. Осциллограммы импульсов показаны на рис. 6 при разных масштабах по времени и амплитуде.

Осциллограммы импульсов генератора PSPL10050A

Рис. 6. Осциллограммы импульсов генератора PSPL10050A:
а) 2 В/дел., 20 пс/дел.;
б) 1,2 В/дел., 10 пс/дел.;
в) 2 В/дел., 100 пс/дел.;
г) 1,2 В/дел., 200 пс/дел.

 

Генераторы наносекундных импульсов повышенной амплитуды PSPL2600C

Обычно амплитуда импульсов генераторов резко падает при уменьшении их длительности до единиц нс и при субнаносекундном времени их нарастания (рис. 7). Компанией Tektronix выпускаются две модели генераторов наносекундных импульсов с повышенной амплитудой импульсов: PSPL2600C (фронт 400 пс, амплитуда 45 В, длительность 1–100 нс) и PSPL2600C-TURBO (250 пс, 50 В, 1–100 нс) [5].

Генератор наносекундных импульсов PSPL2600C-TURBO

Рис. 7. Генератор наносекундных импульсов PSPL2600C-TURBO

Они предназначены для получения импульсов на стандартной нагрузке 50 Ом при амплитуде от 16 мВ до 50 или 45 В, времени нарастания 400 или 250 пс, длительности от 1 до 100 нс и частоте повторения от 1 Гц до 100 кГц (рис. 8).

Осциллограммы различных сигналов генератора PSPL2600C-TURBO

Рис. 8. Осциллограммы различных сигналов генератора PSPL2600C-TURBO:
а) 10 В/дел., 500 пс/дел.;
б) 10 В/дел., 500 пс/дел.;
в) 10 В/дел., 500 пс/дел., шаг амплитуды 1 дБ/дел.;
г) 10 В/дел., 20 и 100 нс/дел.

Предусмотрена и генерация одиночных импульсов. Управление генератором ручное, органы управления расположены на передней панели.

 

О схемах выходных каскадов генераторов не сообщается, но по совокупности параметров импульсов можно предположить, что они выполнены на лавинных транзисторах или диодах. Возможно изменение полярности импульсов, что показано на рис. 9.

Осциллограммы прямоугольных импульсов

Рис. 9. Осциллограммы прямоугольных импульсов:
а) положительной;
б) отрицательной полярности (масштаб 10 В/дел., 1 нс/дел.)

 

Сверхскоростные генераторы паттернов PPG1600, PPG300 и PPG3200

Для разработки тестирования новейших сверхскоростных систем связи остро необходимы генераторы сложных комбинаций импульсов (паттернов) с частотой повторения вплоть до десятков ГГц. К таким приборам относятся генераторы PPG1600, PPG300 и PPG3200 (рис. 10) [6]. Приборы обеспечивают получение программируемых дифференциальных сигналов для линий связи со скоростью 16, 30 и 32 Гбит/c. Они построены на специализированных микросхемах с гетеропереходными транзисторами.

Внешний вид генераторов СВЧ-паттернов с 2 и 4 каналами

Рис. 10. Внешний вид генераторов СВЧ-паттернов с 2 и 4 каналами

Несущие частоты линий связи со сверхвысокой пропускной способностью нередко лежат в оптическом диапазоне частот. Когерентные оптические сигналы с кодоимпульсной модуляцией обычно получают от непрерывного лазера, с помощью скоростного модулятора оптического излучения. Установка для тестирования передатчика таких сигналов с применением аппаратуры компании Tektronix представлена на рис. 11.

Установка для тестирования источника и модулятора лазерного излучения

Рис. 11. Установка для тестирования источника и модулятора лазерного излучения

Для контроля сигналов используется сверхширокополосный анализатор сигналов. На рис. 12 показаны осциллограммы простых импульсов при работе трех каналов генератора PPG3200.

Осциллограммы импульсов при работе трех каналов генератора PPG3200

Рис. 12. Осциллограммы импульсов при работе трех каналов генератора PPG3200

Для контроля сверхширокополосных линий связи часто пользуются глазковыми диаграммами. На рис. 13 представлена глазковая диаграмма для линии связи со сверхвысокой пропускной способностью 28 Гбит/с. Пока линии связи с такой пропускной способностью находятся в стадии исследований и разработок.

Глазковые диаграммы при скорости 28 Гбит/с

Рис. 13. Глазковые диаграммы при скорости 28 Гбит/с

При использовании только генератора можно получить глазковые диаграммы с широко раскрытыми «глазами» (рис. 14), что указывает на малый временной и амплитудный джиттер и малый уровень собственных шумов тестирующего сигнала от генератора и большой запас работоспособности при испытании высокоскоростных линий передачи.

Глазковые диаграммы для генератора при скорости передачи 32 и 14 Гбит/с

Рис. 14. Глазковые диаграммы для генератора при скорости передачи 32 и 14 Гбит/с

 

Генераторы видео- и телевизионных сигналов

Tektronix является одной из ведущих компаний мира, разрабатывающих и серийно выпускающих обширную номенклатуру измерительных приборов, в том числе генераторов, предназначенных для исследования, отладки и тестирования видео- и телевизионных устройств и систем. Они широко применяются в оборонных и гражданских сферах самого различного назначения (рис. 15). Масштабы такого распространения огромны — от использования в быту в обычном, кабельном и спутниковом телевидении до военных и космических телевизионных устройств, установленных даже на межпланетных космических кораблях.

Стойка с телевизионной аппаратурой компании Tektronix

Рис. 15. Стойка с телевизионной аппаратурой компании Tektronix

Для передачи телевизионных сигналов с камеры на монитор часто используется коаксиальный кабель с согласованием на входе и выходе (рис. 16а). Это связано с широким спектром телевизионного или видеосигнала, который составляет минимум сотни килогерц (например, в системах охранной сигнализации) и может достигать гигагерц в телевизионных системах сверхвысокого разрешения. Для передачи цветных изображений существуют различные цветовые системы — чаще всего RGB (система, основанная на смешении трех цветов — красного, Red; зеленого, Green; и голубого, Blue). Находят применение телевизионные системы с передачей сигнала по световодному кабелю и с помощью СВЧ-радиоканала (рис. 16б).

Функциональные схемы телевизионных систем с передачей сигнала

Рис. 16. Функциональные схемы телевизионных систем с передачей сигнала по:
а) одиночному коаксиальному кабелю;
б) радиоканалу

Телевизионные системы делятся на аналоговые и цифровые (с преобразованием аналоговых сигналов в цифровые). Вместе с сигналами передаются импульсы синхронизации по кадрам и строкам и используются различные методы сужения спектра передаваемого сигнала и идентификации каналов. Кроме того, в мире применяется множество систем, наиболее часто — стандартов NTSC, PAL и SECAM. Все это приводит к большому разнообразию моделей генераторов телевизионных сигналов и средств для их анализа и просмотра. Поэтому нередко устройства реализуются в единообразном исполнении для монтажа в стойку (рис. 17).

Генераторы для монтажа в стандартную стойку

Рис. 17. Генераторы для монтажа в стандартную стойку

Генераторы сигналов синхронизации и опорного сигнала тактовой частоты корпорации Tektronix создают опорные сигналы и являются стабильным источником синхронизации. Такие приборы генерируют тестовые сигналы для проверки и калибровки оборудования и поддерживают широкий спектр аналоговых и цифровых форматов для упрощения перехода на новые технологии. Выпускается обширная серия подобных генераторов, например SPG300, SPG600, TG8000, SPG8000, ECO8000 и ECO8020 (рис. 18).

Генератор ECO8000 с вставными модулями (опциями)

Рис. 18. Генератор ECO8000 с вставными модулями (опциями)

Поддержка форматов SDI 3 Гбит/с и Dual Link SDI помогает развертывать новейшие видеотехнологии. Функция Stay Genlock представляет собой уникальный надежный режим синхронизации изображений, который гарантирует стабильную синхронизацию для цифровых и традиционных вещательных станций. Синхронизация GPS и модуль временного кода со встроенным приемником GPS обеспечивают долговременную стабильность опорного сигнала синхронизации. Включены также функции времени суток и временного кода программы.

Часто в телевизионный сигнал вводятся и компоненты аудиосигналов — от простого монофонического до многоканальных сигналов для домашних кинотеатров. И конечно, вводятся сигналы синхронизации по строкам и кадрам, разные для различных систем телевидения. Телевизионный сигнал содержит множество разнообразных фрагментов, некоторые из них представлены на рис. 19.

Характерная простейшая форма телевизионного сигнала

Рис. 19. Характерная простейшая форма телевизионного сигнала

Испытательный сигнал с пакетами синусоидальных сигналов различной частоты и равной амплитуды (мультивспышка) может использоваться для быстрого определения необходимости каких-либо регулировок. Если сигналы в частотных пакетах (мультивспышки) на выходе элемента системы имеют разные амплитуды (рис. 20), то для коррекции видеосигнала используется выравнивающий усилитель-распределитель, восстанавливающий первоначальный вид испытательного сигнала.

Мультивспышки со спадом частотного заполнения

Рис. 20. Мультивспышки со спадом частотного заполнения

Поскольку ярость цветовых компонентов зависит от уровня представляющих их фрагментов сигнала, они часто имеют вид ступенчатых отрезков, создающих цветные полосы на экранах телевизионных приемников или мониторов (рис. 21).

Характерные формы видеосигнала для получения цветных полос

Рис. 21. Характерные формы видеосигнала для получения цветных полос

Генераторы обеспечивают и получение гораздо более сложных сигналов, например цветовых диаграмм (рис. 22) или даже сигналов для построения полных телевизионных тестовых таблиц, предназначенных для оценки качества устройств отображения информации по изображению таблицы на экране.

Цветовая диаграмма X Y с координатами цветности для SMPTE, EBU/PAL/SECAM и NTSC 1953

Рис. 22. Цветовая диаграмма X Y с координатами цветности для SMPTE, EBU/PAL/SECAM и NTSC 1953

Из приведенных примеров видно, что телевизионные сигналы имеют свою специфику и очень разнообразны. Поэтому генераторы телевизионных сигналов относятся к специальным устройствам и заслуживают отдельного обзора. Tektronix выпустила прекрасное учебное пособие на русском языке по технике измерений телевизионных сигналов [7] и обновила описания своих приборов. Их можно найти на сайте компании (www.tektronix.com).

 

Генераторы сигналов универсальные Tektronix серии AFG3000

В области создания традиционных генераторов сигналов стандартной формы для массовых применений Tektronix была одной из первых компаний, перешедших от аналоговой техники генерации сигналов к их цифровому синтезу. Удалось резко расширить функциональные возможности генераторов, диапазоны изменения параметров сигналов, и была обеспечена реализация самых различных видов модуляции.

Одними из первых стали универсальные цифровые генераторы стандартных и произвольных по форме сигналов серии AFG3000 [8, 9]. Они выпускаются серийно уже свыше 10 лет. Непревзойденная производительность, гибкость, интуитивно понятное управление и доступная цена делают генераторы сигналов произвольной формы, стандартных функций и типовых импульсных сигналов новой серии AFG3000C [10] (рис. 23) самыми востребованными приборами в отрасли. Выпускается 10 моделей таких генераторов.

Универсальный генератор стандартных и произвольных сигналов AFG3000C

Рис. 23. Универсальный генератор стандартных и произвольных сигналов AFG3000C

Основные технические характеристики цифровых генераторов серии AFG3000C:

  • Один или два канала (либо с независимой установкой параметров).
  • Сигналы синусоидальной формы частотой до 10, 25, 100 или 240 МГц.
  • Сигналы произвольной формы с разрешением 14 разрядов, 250 Мвыб/с, 1 или 2 Гвыб/с.
  • Амплитуда до 20 Впик-пик на нагрузке 50 Ом (у модели AFG3011C до 40 Впик-пик).
  • Длительность импульсов у старшей модели от 2,5 до 999 нс при времени нарастания не более 2,5 нс и джиттере не более 100 пс.
  • 5,6‑дюймовый цветной ЖК-дисплей, обеспечивающий полную уверенность в настройках и форме сигнала.
  • Многоязычный интуитивно понятный интерфейс, ускоряющий настройку.
  • Генерация импульсов с регулируемой длительностью фронта.
  • Виды модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, ЧМн (манипуляция), ШИМ.
  • Свипирование и пакетные сигналы.
  • Двухканальные модели позволяют сэкономить средства и рационально использовать рабочее пространство.
  • Разъем USB на передней панели для сохранения сигналов на внешних накопителях, например на модулях флэш-памяти.
  • Интерфейсы USB, GPIB и LAN для подключения к компьютеру и другим приборам.
  • Драйверы LabVIEW и LabWindows/IVI-C.
  • Вес 4,5 кг.
  • Габаритные размеры 157×330×16 мм.

Области применения генераторов:

  • Разработка и тестирование электронных устройств.
  • Имитация сигналов различных датчиков.
  • Функциональное тестирование устройств и компонентов.
  • Обучение и образование.

Генераторы предоставляют пользователю выбор из 12 стандартных сигналов синусоидальной, прямоугольной, трапецеидальной, треугольной и т. д. формы. Таким образом, они полностью заменяют генераторы функциональных сигналов. Высокая разрядность (14 бит) делает практически незаметными ступеньки квантования. Сигналы произвольной формы могут иметь длину до 128 000 точек с высокими частотами дискретизации — до 2,5 ГГц. Для импульсных сигналов можно независимо устанавливать длительность переднего и заднего фронта. Имеется возможность подачи внешних сигналов и сложения их с выходным сигналом. Двухканальные модели способны генерировать полностью идентичные или разные сигналы, в том числе дифференциальные. Все приборы оснащены высокостабильным опорным генератором с дрейфом всего ±1×10–6 в год.

Входящее в комплект поставки програм-мное обеспечение ArbExpress упрощает создание сигналов. Это приложение для ПК позволяет импортировать сигналы из любого осциллографа Tektronix или описывать их с помощью стандартных функций, редактора уравнений и математических операций.

Генераторы совсем немного не дотягивают до «магического» барьера длительности импульсов в 1 нс, но, тем не менее, старшие модели являются вполне полноценными генераторами наносекундных импульсов любой формы и достаточно большой амплитуды. Стоимость таких моделей (например, AFG3000, поставляемых российской фирмой «Элтекс») чуть превышает 1,1 млн руб. Всего же выпускается 10 моделей этих генераторов, и, естественно, младшие модели с более скромными частотами гораздо дешевле — цена доходит до 125 тыс. руб. у модели одноканального генератора AFG3021C с максимальной частотой синусоидального сигнала 25 МГц и скоростью дискретизации произвольного сигнала до 250 Мвыб/c.

 

Бюджетный генератор сигналов произвольной формы AFG2021

Массовость применения генераторов с цифровым синтезом сигналов произвольной формы наталкивается на их сложность и дороговизну. В связи с этим Tektronix разработала и выпустила бюджетный генератор AFG2021 с частотой синусоидального сигнала всего до 20, произвольного до 10 МГц и при скорости дискретизации до 250 Мвыб/с. Прибор имеет более компактный корпус, удобный для монтажа в стойку (рис. 24).

Бюджетный генератор сигналов стандартной и произвольной формы AFG2021 (вид спереди)

Рис. 24. Бюджетный генератор сигналов стандартной и произвольной формы AFG2021 (вид спереди)

На рис. 25 показан вид генератора AFG2021 со стороны задней панели. На ней помимо разъема электропитания и вентиляционного отверстия с решеткой расположены разъемы стандартных интерфейсов для подключения к компьютеру, другим приборам и локальной сети. Есть также коаксиальные разъемы для внешнего запуска и сигнала опорной частоты.

Генератор AGF2021 (вид сзади)

Рис. 25. Генератор AGF2021 (вид сзади)

Основные преимущества и функции нового генератора:

  • Частотный диапазон от 1 мкГц до 20 МГц охватывает большинство сфер применения в бюджетных научно-исследовательских и конструкторских работах, в образовании и автоматических испытательных системах.
  • Частота дискретизации 250 Мвыб/с и временная развертка ±1 имп./мин обеспечивает создание сигналов высокой точности, с долговременной стабильностью.
  • 14‑битное разрешение по вертикали, обеспечивающее создание сложных сигналов с программируемыми ступенями напряжения в субмилливольтном диапазоне.
  • 3,5‑дюймовый цветной TFT-дисплей, на экране которого одновременно отображаются стилизованные осциллограммы параметров в текстовых и графических форматах (рис. 26).
Экран дисплея генератора AFG2000

Рис. 26. Экран дисплея генератора AFG2000

  • Инновационный пользовательский интерфейс, похожий на примененный в генераторе AFG3000C.
  • Вес 2,9 кг.
  • Малые габариты 104×242×419 мм.
  • Стандартная гарантия на 3 года.

С генератором поставляется программное обеспечение ArbExpress и SignalExpress.

 

Серия многоканальных генераторов AWG5000C

Серия многоканальных генераторов сигналов произвольной формы повышенного быстродействия AWG5000С имеет три модели с разной скоростью дискретизации и разным числом каналов. Новой разработкой является старшая модель AWG5014C (рис. 27) [11].

Многоканальный генератор произвольных сигналов AWG5014C

Рис. 27. Многоканальный генератор произвольных сигналов AWG5014C

Генератор имеет 4 аналоговых канала, 28 цифровых каналов и 8 маркерных выходов. Разрядность дискретизации 14 бит, скорость 1,2 Гвыб/с, длина формы сигнала 16 Мбит (опция 32 Мбит). Опционально доступен секвенсор тестовых последовательностей в реальном времени. Уровень аналоговых дифференциальных сигналов от –30 до 17 дБм, максимальная полоса выходного сигнала 480 МГц, полоса модуляции до 180 МГц. Прибор имеет открытую архитектуру со встроенным персональным компьютером (ПК) с операционной системой Windows.

Малый уровень фазовых шумов генератора иллюстрирует рис. 28. Он является мерой стабильности частоты синусоидального сигнала и пригодности сигналов генератора для построения глазковых диаграмм.

Зависимость уровня фазовых шумов от частоты при разных скоростях дискретизации и разных частотах модуляции

Рис. 28. Зависимость уровня фазовых шумов от частоты при разных скоростях дискретизации и разных частотах модуляции:
а) 1,2 Гвыб/с;
б) 600 Мвыб/с

Пример построения спектра сигнала и «звездной» диаграммы кодоимпульсного сигнала показан на рис. 29. Генератор достаточно универсален и может применяться для тестирования систем и устройств высокого (но не рекордного) быстродействия. Как и AFG3000 — это действительно рабочая лошадка в среде генераторов следующего, более скоростного поколения.

Характеристики и «звездная» диаграмма, полученные с помощью генератора AWG5014C

Рис. 29. Характеристики и «звездная» диаграмма, полученные с помощью генератора AWG5014C

 

Cверхскоростные генераторы произвольных сигналов AWG7000

Скорости генераторов серии 5000 уже недостаточно для исследования и тестирования современных сверхскоростных систем связи и радиолокационных устройств. Для них предназначены генераторы сигналов произвольной формы серии AWG7000 (рис. 30) с частотой дискретизации до 24 Гвыб/с и 10‑битным разрешением по вертикали [12]. Создание таких генераторов потребовало коренным образом пересмотреть схемотехническую и элементную базу и использовать специализированные микросхемы на новых полупроводниковых материалах. Генераторы позволяют легко создавать очень сложные сигналы с малым джиттером, шумами и другими нарушениями сигнала.

Cверхскоростной генератор произвольных сигналов AWG7000

Рис. 30. Cверхскоростной генератор произвольных сигналов AWG7000

Основные возможности и технические характеристики генераторов:

  • Генерация сложных широкополосных сигналов в диапазоне частот до 9,6 ГГц (рис. 31).
Цифровые данные с компенсацией предыскажений, созданные с помощью генератора AWG7000 и ПО SerialXpress

Рис. 31. Цифровые данные с компенсацией предыскажений, созданные с помощью генератора AWG7000 и ПО SerialXpress

  • Полоса модуляции до 5,3 ГГц (по уровню –3 дБ).
  • Разрешение по вертикали до 10 бит.
  • Генерация сигналов с полосой модуляции до 1 ГГц с динамическим диапазоном, свободным от паразитных составляющих, равным 54 дБн.

Основные особенности этих приборов:

  • Широкая полоса частот модуляции РЧ/СВЧ-сигналов.
  • Создание последовательностей и субпоследовательностей сигналов.
  • Возможность создания бесконечных циклов сигналов, переходов и условных ветвлений.
  • Расширенные возможности по моделированию характеристик реальных сигналов.
  • Малый уровень фазовых шумов (рис. 32) и широкий динамический диапазон.
  • Возможность осуществления динамических переходов.
  • Создание сложных сигналов с откликом на изменение внешних условий.
  • Глубокая память сигналов.
  • Возможность создания длинных последовательностей сложных сигналов
  • Интуитивно понятный пользовательский интерфейс, сокращающий время тестирования.
  • Открытая архитектура со встроенным полноценным ПК.
  • Воспроизведение сигналов, захваченных осциллографом и анализатором спектра реального времени, в том числе с добавлением предыскажений.
  • Импорт сигналов из программных приложений сторонних производителей, например Mathcad, MATLAB, Excel и др.
  • Высокоскоростные последовательные шины со скоростью передачи для сложных последовательных потоков данных до 6 Гбит/с.
  • Обеспечение любого профиля многоуровневых сигналов для параметрического контроля временных параметров (джиттера) без внешних сумматоров мощности.
  • Разработка и тестирование систем со смешанными сигналами.
  • 2 аналоговых канала плюс 4 маркерных выхода.
  • Высокосортные источники данных с малым джиттером.
  • Реальные, идеальные или искаженные сигналы — синхронное формирование любых комбинаций искажений сигнала.
Фазовый шум генератора AWG7122C

Рис. 32. Фазовый шум генератора AWG7122C:
а) в стандартном и широкополосном исполнении;
б) в режиме чередования

Возможности генераторов серии AWG7000 были значительно расширены в результате добавления некоторых важных функций, например редактора формул. Он представляет собой текстовый редактор ASCII, который использует текстовые строки для создания сигналов путем загрузки, редактирования и компилирования файлов уравнений. Редактор обеспечивает управление процессом и гибкость при создании более сложных форм сигналов с использованием параметров, задаваемых пользователем. Функция создания последовательностей и субпоследовательностей сигналов обеспечивает формирование таких последовательностей в реальном времени и позволяет создавать бесконечные циклы сигналов, переходы и условные ветвления, в результате чего происходит генерирование более длинных структур, пригодных для воспроизведения поведения реальных передатчиков последовательных потоков данных. Пользователь может установить до 256 меток различных переходов и задать динамические переходы к ним.

В сочетании с программным обеспечением RFXpress генераторы серии AWG7000 могут решить самые сложные задачи. RFXpress представляет собой программный пакет, предназначенный для цифрового синтеза модулирующих сигналов, а также сигналов промежуточной и радиочастоты (рис. 33). Совместное использование AWG7000 и ПО RFXpress предоставляет инженерам возможность генерировать сигналы с необходимой полосой модуляции до 5,3 ГГц в пределах частотного диапазона 9,6 ГГц.

Окно программы RFXpress с различными диаграммами

Рис. 33. Окно программы RFXpress с различными диаграммами

Потребности новейших цифровых радиочастотных технологий зачастую выходят за рамки возможностей существующих измерительных приборов, так как требуют генерации широкополосных быстроизменяющихся сигналов. Они все чаще применяются во многих беспроводных приложениях, таких как РЛС, радиорелейная связь, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) и сверхширокополосная (СШП, UWB) радиосвязь. При использовании совместно с программой RFXpress генераторы серии AWG7000 поддерживают широкий диапазон видов модуляции, что упрощает задачу создания сложных РЧ-сигналов.

Генераторы Tektronix серии AWG7000 стали новым отраслевым стандартом для генерирования современных радиолокационных сигналов, обеспечивая ширину полосы модуляции до 5,3 ГГц (на уровне спада –3 дБ). Поддерживая частоту дискретизации до 24 Гвыб/с, генераторы серии AWG7000 позволяют осуществлять прямую генерацию РЧ- и СВЧ-сигналов, которые ранее невозможно было получать с помощью генераторов сигналов произвольной формы.

 

Флагманские модели сверхскоростных многоканальных генераторов AFG70000

Флагманской моделью генераторов корпорации Tektronix является генератор AFG70000. Созданные явно для поддержания первенства в своей отрасли, генераторы [13] были доработаны, и новые их модели показаны на рис. 34.

Новейшие флагманские генераторы серии AFG70000

Рис. 34. Новейшие флагманские генераторы серии AFG70000

Основные технические характеристики старшей модели генераторов:

  • Скорость дискретизации: до 50 Гвыб/с.
  • Динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих: 80 дБн.
  • Разрешение по вертикали: 10 бит.
  • Большая память сигналов: 16 Гвыб.
  • Полное решение для генерации широкополосных РЧ-сигналов в одном корпусе.
  • Прямая генерация широкополосных сигналов с несущей до 20 ГГц без необходимости внешнего преобразования с повышением частоты.
  • Моделирование реальных аналоговых искажений высокоскоростных потоков цифровых данных.

Для получения чистого спектра синусоидальных сигналов из сигнала с выхода ЦАП используется фильтр с частотной характеристикой типа зависимости sin(x)/x, где x — нормированная частота. Отфильтрованный сигнал с фильтра и эта характеристика показаны на рис. 35.

Частотная зависимость амплитуды сигнала генератора и характеристика фильтра

Рис. 35. Частотная зависимость амплитуды сигнала генератора и характеристика фильтра

Широкий динамический диапазон наглядно иллюстрирует спектр синусоидального сигнала, имеющий вид одиночного пика с очень небольшой шумовой дорожкой у основания пика. Он представлен на рис. 36 для синусоидального сигнала с частотой 900 МГц (в окне слева и внизу).

Спектр синусоидального сигнала характеризует высокую чистоту и большой динамический диапазон генератора AFG70000A

Рис. 36. Спектр синусоидального сигнала характеризует высокую чистоту и большой динамический диапазон генератора AFG70000A

Создание модулирующих СВЧ-сигналов особенно необходимо для высокоскоростных оптических каналов связи со сложными типами модуляции высокого порядка. Память генераторов с объемом до 16 Гвыб позволяет воспроизводить данные с частотой дискретизации 50 Гвыб/с в течение 320 мс в виде спектрограмм. Предусмотрена синхронизация нескольких приборов (вручную или через специальный концентратор) для получения многоканальной высокоскоростной системы создания сигналов произвольной формы. Встроенный дисплей и наличие кнопок управления позволяют быстро выбирать, редактировать и воспроизводить сигналы непосредственно с передней панели генератора.

Области применения генераторов:

  • Создание широкополосных РЧ/СВЧ-сигналов для систем связи и электронного оборудования оборонного назначения.
  • Выходные широкополосные РЧ-сигналы с частотами до 20 ГГц.
  • Тестирование на соответствие стандарту высокоскоростных шин и полупроводниковых приборов.
  • Тестирование приемников в предельных режимах с применением широкого выбора искажений сигнала.
  • Исследование устройств на основе когерентной оптики.
  • Генерация модулирующих сигналов для высокоскоростной передачи данных с использованием видов модуляции высоких порядков.
  • Передовые исследования в области электроники, физики, химии и нанотехнологий.
  • Быстродействующий источник сигналов с малым джиттером для создания специальных аналоговых сигналов и импульсов с крутыми фронтами, потоков данных и тактовых частот.
  • Плавный переход от моделирования к генерации Lkz.

Для углубленного анализа сигналов генератора может использоваться программа RFXpress. На рис. 37 показано окно этой программы в режиме частотного анализа сигналов с кодоимпульсной модуляцией. Программа в этом случае обеспечивает построение спектра и спектрограмм сигнала, дополняющих данные о сигнале во временной области.

Окно программы в режиме частотного анализа кодоимпульсной модуляции

Рис. 37. Окно программы в режиме частотного анализа кодоимпульсной модуляции

Безусловно, AFG70000A — уникальный и дорогой аппарат, наличием которого может гордиться далеко не каждая крупная лаборатория. Но, как и другие генераторы Tektronix, он скорее «синица в руках, а не журавль в небесах» — все генераторы Tektronix без ограничений могут применяться при разработке и тестировании любой аппаратуры, впрочем, как и их более старые модели [14].

Вплоть до нынешнего дня AFG70000A мог применяться для контроля параметров практически всех современных осциллографов реального времени. Но в начале 2015 года корпорация Teledyne LeCroy объявила о начале производства первого в мире осциллографа реального времени с полосой частот 100 ГГц и частотой дискретизации 240 ГГц. Для контроля таких приборов уже недостаточно возможностей этого генератора.

В области частот они потеряли первенство среди генераторов произвольных сигналов. Сейчас оно принадлежит уже другой американской компании — Keysight Technologies, в конце 2014 года объявившей о создании и серийном выпуске 4‑канальных генераторов M8195A-R14 4‑го класса AWG со скоростью дискретизации до 65 Гвыб/с. Но на данный момент эти генераторы не занесены в российский Государственный реестр средств измерений.

 

Заключение

Корпорация Tektronix добилась больших успехов в разработке генераторов импульсов и сигналов произвольной формы с высокими техническими характеристиками. Они могут применяться для исследования и тестирования очень широкого круга устройств, хотя по предельным частотам несколько уступают последним разработкам цифровых осциллографов. Это пока допустимо, поскольку осциллографы, естественно, должны обладать более широкой полосой частот, чем генераторы. Все генераторы Tektronix в России включены в Государственный реестр измерительных средств и могут без особых ограничений использоваться при разработке ответственной аппаратуры и компонентов.

Литература
  1. Дьяконов В. П. Сверхскоростная твердотельная электроника. Том 1. Приборы общего назначения. Том 2. Приборы специального назначения. ДМК-Пресс, 2013.
  2. Дьяконов В. Компоненты и технологии генерации нано- и пикосекундных импульсов (от мВт до ГВт) // Компоненты и технологии. 2012. №7, 
  3. Programmable Pulse/Pattern Generator PSPL1P601 and PSPL1P602 Datasheet. Tektronix. Dec. 11, 2014.
  4. Programmable Pulse Generators PSPL10050A, PSPL10060A, PSPL10070A Datasheet. Tektronix. Dec. 11, 2014.
  5. Pulse Generator PSPL2600C and PSPL2600C-TURBO Tektronix. Oct. 10, 2014.
  6. 16 Gb/s, 30 Gb/s, and 32 Gb/s PatternPro Pattern Generator PPG1600, PPG3000, and PPG3200 Series Datasheet. Oct. 30, 2014.
  7. Руководство по проведению измерений характеристик сигналов цифрового видео стандартной и высокой четкости // Учебное пособие. Tektronix.
  8. Генераторы функциональные и сигналов произвольной формы AFG3011, AFG3021B, AFG3022B, AFG3101, AFG3102, AFG3251, AFG3252. Tektronix.
  9. Дьяконов В. П. Развитие серии генераторов произвольных функций AFG3000 компании Tektronix и их применение // Компоненты и технологии. 2009. № 11.
  10. Генераторы сигналов произвольной формы и стандартных функций. Серия AFG3000C. Tektronix. Oct. 16, 2013.
  11. ArbitraryWaveform Generators AWG5000 Series Data Sheet. Feb. 09, 2012.
  12. Генераторы сигналов произвольной формы. Серия AWG7000. Tektronix. Feb. 09, 2012.
  13. Дьяконов В. П. Tektronix AWG70000A — флагман индустрии сверхскоростных генераторов произвольных сигналов // Компоненты и технологии. 2013. № 7.
  14. Дьяконов В. П. Современные измерительные генераторы сигналов. ДМК-Пресс, 2011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *