《電子技術(shù)應(yīng)用》
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利用任意信號(hào)發(fā)生器模擬高速光驅(qū)信號(hào)
EEFOCUS
Tektronix:Don Commare
摘要: 為開(kāi)發(fā)下一代高速光驅(qū),工程人員需要有能夠模擬高速率信道的測(cè)試信號(hào)。為了確保元件和硬件系統(tǒng)達(dá)到規(guī)格要求,這種高速數(shù)據(jù)信號(hào)是必需的,目前通常使用一種叫做任意波形發(fā)生器(AWG)的信號(hào)源,作為開(kāi)發(fā)高速讀/寫(xiě)信道的基本工具。本文主要介紹AWG的基本原理與應(yīng)用須知。
Abstract:
Key words :
</a>取樣率" title="取樣率">取樣率" title="取樣率">取樣率" title="取樣率">取樣率除以波形點(diǎn)總數(shù)來(lái)確定。對(duì)于多周期波形,輸出頻率=取樣率×周期數(shù)/波形總點(diǎn)數(shù)。例如對(duì)最大取樣率為每秒4G采樣點(diǎn)的AWG來(lái)說(shuō),如果一個(gè)周期用兩個(gè)點(diǎn)來(lái)表示波形,可以產(chǎn)生2GHz信號(hào),同理,每個(gè)周期用三個(gè)點(diǎn)可以得到1.3GHz信號(hào),用四個(gè)點(diǎn)可以得到1GHz信號(hào),并以此類(lèi)推。由于波形質(zhì)量直接與波形點(diǎn)總數(shù)和所選取樣率有關(guān),因此驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員要掌握好它們之間的取舍。好在有些AWG內(nèi)置有應(yīng)用菜單,可讓用戶快速建立標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器信號(hào),從而簡(jiǎn)化了波形的創(chuàng)建過(guò)程。

圖2:利用AWG710菜單生成50/50洛侖茲/<a class=高斯脈沖" title="高斯脈沖">高斯脈沖。" height="178" hspace="12" src="http://files.chinaaet.com/images/20100811/037f0dca-826e-4bfc-a7f4-49ec10ac66d2.jpg" vspace="12" width="236" />

  泰克的AWG710就是這樣一種設(shè)備,它依據(jù)的原理是幾乎所有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器都采用飽和記錄來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在這種情形下,磁盤(pán)上每個(gè)字節(jié)都極化成兩種狀態(tài)中的一種,也就是說(shuō),通過(guò)簡(jiǎn)單改變寫(xiě)入頭電流的方向就可以將寫(xiě)入頭下面的磁介質(zhì)極性顛倒,從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。之后,讀取頭將感應(yīng)到磁盤(pán)上磁通量的逆轉(zhuǎn),并對(duì)這種變化做出相應(yīng)反應(yīng),這種轉(zhuǎn)換響應(yīng)的有效模型是混合型洛侖茲和高斯脈沖。

  通過(guò)改變洛侖茲和高斯脈沖的比率,可以建立讀/寫(xiě)信道信號(hào)模型,該模型能對(duì)一連串轉(zhuǎn)換做出響應(yīng),這些轉(zhuǎn)換代表了讀/寫(xiě)頭響應(yīng)每個(gè)記錄媒介轉(zhuǎn)換時(shí)的輸出電壓,脈沖的符號(hào)隨連續(xù)磁通量的方向變化而變化。圖2是洛侖茲/高斯脈沖以50/50比率混合時(shí)建立的讀/寫(xiě)通道信號(hào),另外AWG710還支持PR4、EPR4、E2PR4和用戶自定義脈沖。

圖3:將讀/寫(xiě)信號(hào)和脈沖連接起來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行改變。

  為了正確模擬通道信號(hào),可在混合信號(hào)中加入表示讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序的部分,它規(guī)定轉(zhuǎn)換的位置,這種時(shí)序可從簡(jiǎn)單1F或2F單頻模式到最大長(zhǎng)度為2n-1的偽隨機(jī)位串(PRBS)或用戶自定義數(shù)據(jù)模式。混合脈沖和這些數(shù)據(jù)在AWG中連接起來(lái)建立讀/寫(xiě)信道信號(hào),也可以利用附加參數(shù)進(jìn)行編輯,如磁軌平均振幅(TAA)、脈沖寬度( PW)、非線性轉(zhuǎn)換位移(NLTS)及不對(duì)稱信號(hào)等。

  讀/寫(xiě)通道信號(hào)建立后,可通過(guò)圖形編輯器加入振幅和時(shí)鐘變量。圖3顯示將讀/寫(xiě)信號(hào)和一個(gè)脈沖連接起來(lái),目的是對(duì)信號(hào)進(jìn)行改變,用圖形編輯器很容易插入遺失的字節(jié)或加入額外字節(jié)。圖中有兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn),其中標(biāo)記2表示每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間,標(biāo)記1代表整個(gè)波形記錄中脈沖的衰減情況。標(biāo)記通常用于觸發(fā)讀寫(xiě)信號(hào),或?yàn)樾盘?hào)采集裝置如示波器和邏輯分析儀確定觸發(fā)位置。圖4顯示了修正后的脈沖幅度。

  設(shè)計(jì)人員改變時(shí)序可以幫助調(diào)試驗(yàn)證后續(xù)硬件指標(biāo)富余量。改變時(shí)序的方法與丟棄(或增加)字節(jié)很類(lèi)似,用指針確定相應(yīng)的區(qū)域,對(duì)相應(yīng)波形點(diǎn)進(jìn)行“縮放”以得到規(guī)定的時(shí)間位移。這里的縮放與放大縮小不同,是將每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)都乘上或除以一個(gè)縮放系數(shù)??s放允許時(shí)間位移超過(guò)4.0GS/s的250皮秒限制,對(duì)AWG710來(lái)說(shuō),最小時(shí)鐘波形位移為400飛秒(fs)。

圖4:修正后的波形圖。

 

  AWG同時(shí)還為驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員提供了波形實(shí)時(shí)排序能力。實(shí)時(shí)排序(RTS)有兩個(gè)重要作用,第一,它允許將多個(gè)波形無(wú)縫連接起來(lái),不會(huì)影響輸出信號(hào);第二,RTS可將較長(zhǎng)信號(hào)傳送給被測(cè)器件。這兩種功能可使驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員安排系列波形以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)期評(píng)估。

  RTS的關(guān)鍵是對(duì)AWG存儲(chǔ)器進(jìn)行分配,沒(méi)有RTS的AWG必須存儲(chǔ)整個(gè)波形。例如要存儲(chǔ)三種不同的信號(hào)各500個(gè)周期,每個(gè)信號(hào)1,000個(gè)點(diǎn),則需要能存儲(chǔ)150萬(wàn)點(diǎn)的RAM(3×500×1000)。而實(shí)時(shí)序列發(fā)生器可以不間斷地自動(dòng)重復(fù)每段波形,所以帶RTS的AWG只要存儲(chǔ)一個(gè)波形周期就可以了,用RTS儲(chǔ)存上述序列只需要存儲(chǔ)3,000點(diǎn)的RAM。由于AWG存儲(chǔ)波形的容量有限,因此實(shí)時(shí)序列功能就顯得很重要。在有些應(yīng)用中,以4.0GS/s(250皮秒間隔)模擬10毫秒寫(xiě)入需要4,000萬(wàn)點(diǎn)波形存儲(chǔ)量。實(shí)際的一個(gè)序列可能含有幾百個(gè)波形,波形中還帶有由邏輯和軟件狀態(tài)決定的條件跳躍和分支,符合條件的還要調(diào)用下一個(gè)序列。

圖5:通過(guò)公式編輯器生成分散頻譜時(shí)鐘信號(hào)。

  AWG為驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)人員提供了多種方法生成模擬波形,包括規(guī)定波形和最壞情形波形。第一個(gè)方法是用內(nèi)建的圖形編輯器提供的組建和波形操作內(nèi)部工作環(huán)境(如圖3和圖4);第二種方法通過(guò)公式編輯器創(chuàng)建信號(hào),可提供更復(fù)雜的波形。公式編輯器將復(fù)雜數(shù)學(xué)函數(shù)匯編到模擬和數(shù)字等式中,圖5是產(chǎn)生分散頻譜時(shí)鐘的部分公式內(nèi)容。還有一種很流行的方法是利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的記錄能力將波形記錄下來(lái),然后轉(zhuǎn)到AWG內(nèi)存中,通常這種轉(zhuǎn)移通過(guò)GPIB或LAN等外部控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以用軟盤(pán)。當(dāng)波形轉(zhuǎn)入AWG存儲(chǔ)器以后,就好像是用圖形編輯器建立的一樣,可對(duì)它進(jìn)行編輯和回放。另外也可以從模擬程序如 MATLAB或MathCAD中下載 ASCII數(shù)據(jù)。

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