Skip navigation
All Places > Keysight Blogs > Keysight Russia > Blog > 2018 > June
2018

Знание ключевых параметров генератора сигналов произвольной формы (AWG) позволяет принять оптимальное решение при покупке, сэкономив время и деньги. Научитесь сравнивать параметры генераторов сигналов произвольной формы разных типов и производителей: объём памяти, частоту дискретизации, динамический диапазон и полосу сигнала. Давайте обсудим эти параметры подробнее.

 

Объём памяти

Объёмом памяти называется количество ячеек памяти, доступных для сохранения длинных сигнальных последовательностей, создаваемых пользователем. Этот параметр выражается в выборках (выб). Данные из памяти поступают на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который создаёт ступенчатое представление нужного сигнала. Большие частоты дискретизации и объёмы памяти нужны для более точного воспроизведения сигналов.

 

Частота дискретизации

Частотой дискретизации называется число выборок, которые может выдать ЦАП за определённый интервал времени. Этот параметр выражается в гигавыборках в секунду (Гвыб/с). Частота дискретизации определяет максимальную частотную составляющую выходного сигнала генератора. Кроме термина «частота дискретизации» часто используются термины «тактовая частота» и «частота выборок». Основная формула, связывающая объём памяти с частотой дискретизации выглядит так:

 

Объем памяти / Частота дискретизации = Время воспроизведения

 

Из этой формулы видно, что с ростом частоты дискретизации необходимый объём памяти растёт, а время воспроизведения сокращается. Время воспроизведения определяет максимальную длительность сигнала, которую может создать генератор сигналов произвольной формы. Также это время воспроизведения называют временем до повторения. Например, при объёме памяти 256 квыб и частоте дискретизации 64 Гвыб/с получается время воспроизведения 4 микросекунды. Это не очень большое значение. Вот почему для увеличения времени воспроизведения нужен большой объём памяти.

 

Динамический диапазон – вертикальное разрешение (разрядность ЦАП)

Этот параметр характеризует выходной сигнал ЦАП и выражается минимальным значением шага напряжения. Динамический диапазон измеряется в децибелах по отношению к амплитуде несущей (дБн). Например, 8-разрядный ЦАП для создания нужного сигнала может вывести два в восьмой степени или 256 значений напряжения. Сравнивая разрядность ЦАП генераторов сигналов произвольной формы разных моделей важно знать, что каждый дополнительный разряд ЦАП удваивает вертикальное разрешение.

 

Полоса частот сигнала

Выход генератора сигналов произвольной формы ограничен некоторой максимальной выходной частотой. Полосой сигнала генератора называют диапазон частот выходного сигнала, который он может надёжно воспроизвести. Этот параметр называют еще “скоростью передачи данных” и измеряют в гигабитах в секунду (Гбит/с). Заметьте, что полоса сигнала зависит от частоты дискретизации, но не равна ей. Давайте рассмотрим, почему это происходит:

  1. ЦАП должен точно воспроизводить сохранённый в памяти сигнал, создавая не менее двух значений сигнала за период. Это следует из теоремы Котельникова. В результате частота дискретизации 1 Гвыб/с соответствует частоте выходного сигнала ЦАП 500 МГц, что равно половине частоты дискретизации.
  2. Выходной сигнал ЦАП не гладкий, а является ступенчатым представлением сохранённой в памяти формы напряжения. В связи с этим выходной сигнал ЦАП нужно фильтровать. Для этого в генераторе сигналов произвольной формы используется так называемый восстанавливающий (реконструкционный) фильтр, который сглаживает выходной сигнал. Однако за такую фильтрацию приходится расплачиваться дополнительными 10 процентами отношения частоты дискретизации к частоте выходного сигнала. Формула этого соотношения приведена ниже. Например, упомянутая выше частота дискретизации 1 Гвыб/с позволяет получить максимальную частоту выходного сигнала 400 МГц.

 

Максимальная частота выходного сигнала генератора = Частота дискретизации x 40 %

 

Динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих (SFDR)

Этот параметр измеряется в частотной области и определяется отношением амплитуд выбранной частоты к амплитуде наивысшей видимой паразитной или гармонической составляющей в заявленной полосе. Это значение измеряется в децибелах по отношению к амплитуде выбранной частоты. В центре экрана на рисунке 1 показана выходная частота генератора, а слева от неё видна паразитная составляющая, амплитуда которой на 94,54 дБ меньше.

 

Рисунок 1. Отношение уровня центральной частоты к уровню паразитной составляющей


Число эффективных разрядов (ENOB)

Число эффектинвных разрядов (англ. Effective Number of Bits) или просто ENOB определяется на основе разрядности ЦАП. Оно меньше разрядности ЦАП из-за влияния гармоник, паразитных сигналов и собственных шумов генератора. Заметьте, что этот параметр меняется в пределах полосы частот генератора, поэтому для получения значения на интересующей вас частоте нужно использовать график зависимости ENOB от частоты. Заметьте также, что график на рисунке 2 относится к 14-разрядной системе, но из-за влияния шумов и искажений приёмника видно, что на частоте 1,5 ГГц реальное разрешение снижается до 9 разрядов.

Рисунок 2. Зависимость ENOB от частоты

 

ENOB отлично демонстрирует реальные характеристики генератора сигналов произвольной формы с учётом эффектов, влияющих на качество сигнала. ENOB можно измерить или рассчитать (формула приведена ниже). Заметьте, что SINAD – это отношение полной мощности сигнала к мощности шумов и помех.


Джиттер

Джиттер сигнала может вызвать сдвиг фронтов и уровней сигнала, что может привести к возникновению ошибок в системе. Значение джиттера обычно определяется двойным размахом (от пика до пика) сдвига между тактовой частотой и выходными данными и измеряется в пикосекундах.

 

Заключение

  • Знайте основные параметры генератора сигналов произвольной формы, чтобы правильно выбрать генератор для своей задачи:
  • Объём памяти, частота дискретизации и время воспроизведения взаимосвязаны.
  • Полоса сигнала не совпадает с частотой дискретизации, а равна 40% от этого значения.
  • О реальном разрешении нужно судить по ENOB, а не по разрядности ЦАП.
  • Учитывайте параметры джиттера для оценки истинного качества сигнала.

 

Дополнительная информация о генераторах сигналов произвольной формы приведена в документе "Keysight Fundamentals of Arbitrary Waveform Generation - Reference Guide".

Инженеры, исследующие целостность сигналов и цепей питания используют САПР ADS для исследования эффектов прохождения высокоскоростных сигналов, таких как искажения, рассогласования и перекрёстные помехи. Опираясь на прочный интеллектуальный фундамент, САПР ADS развивается уже многие годы. ADS 2017 предлагает новые возможности и функции, которые делают ее инструментом, необходимым современным инженерам для успешной работы.

 

Последняя версия ADS является более мощной, быстрой и более универсальной платформой для анализа целостности сигналов и цепей питания. Прочтите о десяти новых возможностях САПР ADS 2017 для анализа целостности сигналов и цепей питания или посмотрите видео.

 

 

  1. Улучшенный редактор подложки

Новый усовершенствованный редактор подложки обладает эффективными функциями редактирования, поддерживающими большое число слоёв. Упрощённый интерфейс редактора сокращает время настройки моделирования и повышает производительность.

ads2017 substrate editor

  1. Быстрая маркировка цепей

Маркировка портов нужными именами занимает много времени, особенно если их много. Новая функция импорта маркировки в формате CSV позволяет эффективно маркировать десятки портов.

ads2017 fast wire labeling

  1. Параллельное свипирование в Windows

Пакетная (Batch) симуляция в САПР ADS 2017 может работать в турбо режиме, как в Linux, так и в Windows. Используя лицензию на пакет из восьми Элементов и менеджер симуляции, вы можете применить мощные параллельные вычисления на своей рабочей станции. Сократите время симуляции больших свипирований с помощью менеджера симуляции.

 ads2017 parallel sweep

  1. Статистический режим PAM-4

В процессе моделирования сигналов PAM-4, вплоть до BER=10-16, побитное моделирование может занимать часы. Теперь САПР ADS 2017 поддерживает PAM-4 в статистическом режиме. Вы можете моделировать PAM-4 до очень низких значений BER за считанные секунды или минуты.

 

  1. Функция проверки S-параметров смешанного режима

Теперь с улучшенной функцией проверки S-параметров можно несколькими щелчками мыши преобразовать несимметричные S-параметры в S-параметры смешанного режима.

ads2017 mixed mode s-param checker

  1. Спектральные пороги S-параметров

Обычно с ростом числа портов скорость моделирования снижается. Алгоритм обработки «спектральных порогов» в САПР ADS 2017 устраняет слабо связанные порты до проведения моделирования. В результате повышается скорость моделирования для большого числа портов без потери точности.

ads2017 faster simulation

  1. Новые и улучшенные компоненты IBIS

Вы ищете какие-то конкретные выводы в модели IBIS, чтобы взаимодействовать с ними? Улучшенный интерфейс компонентов IBIS помогает быстро отсортировать и выбрать нужные выводы. Благодаря удачно выбранным стандартным настройкам схема IBIS становится понятней, а время настройки сокращается.

ibis components

  1. Новый инструмент проектирования 3D переходных отверстий открывает доступ к их точным моделям

Серьёзной проблемой при моделировании высокоскоростных последовательных соединений является отсутствие моделей переходных отверстий, сохраняющих точность на высоких частотах. Для решения этой проблемы ADS 2017 представил инструмент Via Designer, позволяющий создавать и моделировать переходные отверстия печатной платы (для несимметричных и дифференциальных линий), позволяя полностью контролировать их параметры.

ads2017 3d via designer

  1. Оптимизация перечня блокировочных конденсаторов в PIPro

Функция оптимизации блокировочных конденсаторов в PIPro может учесть все расположенные на печатной плате конденсаторы и найти оптимальное решение, отвечающее заданному профилю импеданса. Пользователь может найти оптимальное решение, указав критерии оценки, такие как: число конденсаторов, модель конденсатора, производитель или цена. Алгоритм PIPro интеллектуально ранжирует возможные решения, достигая оптимального компромисса между ценой и эффективностью.

decap output

  1. Функции электротермических расчётов по постоянному току в PIPro

Чтобы найти истинное падение напряжения в цепях питания, нужно учитывать тепловые эффекты. PIPro выполняет автоматический поиск электрического и теплового решения для каждой цепи питания, позволяя понять распределение тепловой энергии по плате. PIPro рассчитывает распределение температур, позволяя убедиться в том, что температуры переходных отверстий, дорожек и элементов печатной платы находятся в допустимых пределах.

ads2017 electro-thermal

Эти 10 новых возможностей – лишь малая часть новых функций и улучшений, вошедших в последнюю версию САПР Advanced Design System (ADS) 2017. Наряду с улучшением анализа целостности сигналов и цепей питания в пакет внесены усовершенствования для разработчиков ВЧ/СВЧ цепей, занятых проектированием ВЧ плат, модулей и ИС. Все новые функции и возможности САПР описаны на нашем сайте. Здесь же можно заказать пробную версию ADS 2017.

 

БЕСПЛАТНАЯ пробная версия ADS | Keysight EEsof EDA