任意波形發(fā)生器（AWG）的一個(gè)重要功能點(diǎn)是，它們可以生成幾乎無限數(shù)量種的波形形狀，而AWG的運(yùn)行模式控制了這些波形輸出的方式。在這篇應(yīng)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(yùn)行模式。其中，我們會(huì)集中介紹其序列模式，該模式能提供接近于實(shí)時(shí)控制輸出波形選擇的能力。

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?jǐn)?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(yùn)行模式

Spectrum TS-M4i.66xx系列AWG的波形內(nèi)存有兩種不同的運(yùn)行模式。

第一種是標(biāo)準(zhǔn)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(huì)限制波形持續(xù)時(shí)間不超過波形內(nèi)存的長度。但請注意，對于這個(gè)產(chǎn)品系列的AWG，波形內(nèi)存都非常大，可達(dá)到2 GSamples，從而提供在最快的時(shí)鐘速率(1.25 GS/s)下高達(dá)1.6秒的最大波形持續(xù)時(shí)間，并且該持續(xù)時(shí)間內(nèi)沒有任何重復(fù)部分。

第二種模式是FIFO模式，它通過PCIe x8串行接口從計(jì)算機(jī)主機(jī)流式傳輸波形數(shù)據(jù)，速率最高可達(dá)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(shí)間，一般受限于計(jì)算機(jī)主機(jī)的可用運(yùn)行內(nèi)存。使用基于RAID數(shù)據(jù)存儲的PC系統(tǒng)時(shí)，甚至可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)小時(shí)的無間斷波形生成。

二、AWG運(yùn)行模式

運(yùn)行模式?jīng)Q定了何時(shí)輸出波形的哪一部分。運(yùn)行模式與AWG觸發(fā)設(shè)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(fù)（連續(xù)） - 波形內(nèi)存的數(shù)據(jù)連續(xù)循環(huán)輸出到設(shè)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(gè)段，每次觸發(fā)事件輸出下一個(gè)段。

Sequence序列 – 波形內(nèi)存被劃分為多個(gè)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(jì)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(gè)段，每個(gè)段用于包含一個(gè)波形或波形的一個(gè)部分。然后，每次觸發(fā)都會(huì)增加選定的段號并輸出對應(yīng)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(gè)要輸出的段的功能。

三、序列模式

整個(gè)序列流程如圖2所示。正如前面所說，序列模式會(huì)將輸出的AWG波形分割為幾個(gè)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(gè)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(jìn)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(gè)段的循環(huán)次數(shù)，并定義下一個(gè)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(gè)步驟。其中三個(gè)（Step#1、#3和#4）構(gòu)成無盡循環(huán)，將連續(xù)重復(fù)輸出，每次循環(huán)將包含數(shù)據(jù)段#2重復(fù)10次，數(shù)據(jù)段#3重復(fù)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(shí)重新定義其他段波形數(shù)據(jù)，通過這個(gè)功能，我們可以實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的波形編程和輸出。

波形和序列存儲器的嚴(yán)格分離使得在運(yùn)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(gè)未使用的步驟，即Step#2。在我們的示例中，啟動(dòng)AWG之前已經(jīng)定義了3個(gè)步驟。一開始，我們不對這些步驟進(jìn)行更改。然后設(shè)置Step#2令其自循環(huán)，也即是將它自身作為鏈接的下一個(gè)步驟，但由于已定義的序列順序，該步驟并不會(huì)被調(diào)用。我們想強(qiáng)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(yùn)行時(shí)安全地向序列存儲器中的任何步驟寄存器寫入，而不用擔(dān)心會(huì)破壞它。通過地址找到某個(gè)步驟并更改其下一步鏈接對象參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)軟件控制的序列間切換。

假設(shè)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(fù)）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(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，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(gè)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(gè)步驟，其“Next”，“Segment”和“Loop”三個(gè)步驟參數(shù)都可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行更改，而不需擔(dān)心會(huì)破壞序列內(nèi)存。但應(yīng)當(dāng)注意的是，一旦進(jìn)入某一步驟，就會(huì)按該步驟原本的設(shè)置執(zhí)行，這包括輸出關(guān)聯(lián)的段落波形，以及編程設(shè)置的重復(fù)次數(shù)，都將會(huì)先按舊設(shè)置完成輸出，再把新設(shè)置應(yīng)用進(jìn)去。

四、序列模式的優(yōu)勢

Spectrum 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(fù)波形段可以只存儲一次，并在需要時(shí)重復(fù)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(jìn)行選取，這極大地提高了測試速度。

此外，對波形段近乎實(shí)時(shí)的控制，使得AWG響應(yīng)不同測試需求時(shí)，能輕松展現(xiàn)其強(qiáng)大的適應(yīng)性。可以根據(jù)其他測試測量結(jié)果，隨時(shí)改變序列順序，而無需停止測試。這是其最強(qiáng)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(yīng)測試。

以下是一個(gè)通用的典型場景：

預(yù)先加載所有測試波形

將被測設(shè)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(gè)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(gè)測試

繼續(xù)重復(fù)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(shí)時(shí)調(diào)用它們的這個(gè)功能，是德思特Spectrum AWG的一個(gè)強(qiáng)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(gè)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(zhǔn)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(yīng)用，包括RFID、PSI 5和以太網(wǎng)。曼徹斯特碼總是在每個(gè)位周期的中間存在一個(gè)電平跳變。此外，它可能（取決于要傳輸?shù)男畔ⅲ┰趫?bào)文周期開始和結(jié)束時(shí)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(bào)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(shí)也使得信號能夠包含時(shí)鐘信息。

上述這個(gè)復(fù)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(gè)數(shù)據(jù)段生成曼徹斯特代碼

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，通過使用這些元素分別定義三個(gè)波形段，就可以合成任何數(shù)據(jù)包組合。這同時(shí)意味著，通過改變這三個(gè)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(shè)置為512個(gè)采樣點(diǎn)的長度，時(shí)鐘速率設(shè)為50 MS/s，這樣每個(gè)波形元素的持續(xù)時(shí)間（圖3中的TBIT）將是10.24 μs。數(shù)據(jù)包與包之間有一個(gè)持續(xù)超過兩個(gè)比特時(shí)鐘周期的靜息基線信號。

在本例中，Spectrum 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。我們提供了適用于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(dòng)都帶有詳細(xì)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：

其中條件參數(shù)定義如下：0 => 總是結(jié)束循環(huán)，1 => 在觸發(fā)時(shí)結(jié)束循環(huán)，2 => 結(jié)束整個(gè)序列

下面這個(gè)波形就是通過十四個(gè)步驟建立起來的，其中只用到了前述的三個(gè)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(gè)這樣的“表格”，每個(gè)表格種加載不同的波形段組合。當(dāng)AWG運(yùn)行在這種MATLAB腳本時(shí)，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Spectrum TS-M4i.4450-x8數(shù)字化儀以多段采集模式獲取整個(gè)測試序列中的4段。4個(gè)局部顯示窗口中最上面的一個(gè)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(gè)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(shí)機(jī)。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(shè)置每段應(yīng)重復(fù)的次數(shù)，然后確定下一個(gè)輸出的段。編程控制每個(gè)段的序列內(nèi)存，可以在AWG輸出的同時(shí)進(jìn)行更改，這意味著輸出的波形可以實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的更改，從而提供編程實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)測試的能力。

審核編輯 黃宇