Neue DAC-Technologien Arbiträr-Signalgeneratoren für hochwertige HF-Signale

Superhet-Aufwärtsmischung

Selbst mit der höheren Leistung und dem niedrigeren Grundrauschen der neusten DACs wird es Fälle geben, in denen die gewünschte Frequenz zu hoch ist, um die Nyquist-Bänder der höheren Ordnung effektiv und mit einem guten Dynamikbereich nutzen zu können. In diesen Fällen ist eine Superhet-Aufwärtsmischung mit einem NCO und einem externen Mischer nützlich, um den Ausgangsfrequenzbereich des AWG zu erweitern.

Eine Superhet-Aufwärtsmischung erfolgt in zwei Stufen. Zuerst wird das Signal auf eine Zwischenfrequenz (IF) hochgemischt. Nach dem Herausfiltern der unerwünschten spektralen Komponenten wird das IF-Spektrum erneut in ein höheres HF-Band hochgemischt. Bild 6 zeigt eine solche Konfiguration, in welcher der DAC des AWG das Signal digital in ein IF-Band umwandelt, wobei der interne komplexe Digitalmodulator und der NCO genutzt werden. Anschließend folgt ein externer Mischer, der von einem Überlagerungsoszillator mit fester Frequenz gesteuert wird, und der das endgültige Ausgangsspektrum produziert. Bei diesem Aufbau wird entweder ein Tiefpass- oder ein Bandpassfilter am Ausgang des AWG benötigt, um Abbilder des Signalspektrums zu entfernen, bevor das Signal in den IF-Mischer geht.

Dies ist zwar ein etwas komplexerer Aufbau als für niedrigere Frequenzen, aber die Verwendung eines festen LOs verursacht für die Erzeugung komplexer Mikrowellensignale deutlich niedrigere Kosten als bei konventionellen VSGs. Diese nutzen IQ-Modulatoren und analoge Synthesizer anstatt eines LO. Zusätzlich ist nur ein Kanal eines AWG erforderlich, um sowohl I- als auch Q-Basisband-Signale zu erzeugen. Dagegen benötigt ein VSG zwei AWG-Kanäle: einen für das I-Signal und einen weiteren für die Q-Signale. Außerdem liegt beim LO im Gegensatz zum VSG die Streuung außerhalb des Hauptsignalspektrums und kann herausgefiltert werden. Das ist äußerst vorteilhaft, wenn ein sehr hohes Ein-Ausschalt-Verhältnis für gepulste Signale gewünscht wird. Da die Modulation im digitalen Bereich erfolgt, bleibt die Quadratur-Beziehung zwischen den I- und Q-Signalen über die komplette Signalbandbreite erhalten, sodass keine Kalibrierung zur Korrektur einer I-Q-Unsymmetrie erforderlich ist. Verzerrungen aufgrund des Frequenzbereichs des analogen Pfades lassen sich durch die Verwendung von FIR-Filtern für die I- und Q-Signale im digitalen Bereich kompensieren.

Eine Superhet-Aufwärtsmischung kann durch eine gemeinsame Nutzung der LO-Quelle effizient auf eine größere Anzahl von AWG-Kanälen erweitert werden. Bild 7 zeigt dieses Aufwärtsmischverfahren für einen 4-Kanal-AWG, indem eine einzige LO-Quelle mit einem Leistungsteiler auf vier Pfade aufgeteilt wird, die die Mischer steuern.

Ein neues Zeitalter der Signalerzeugung

Die Verfügbarkeit von neuen, sehr leistungsfähigen DACs, die eine Kombination von Geschwindigkeit und Auflösung in einem voll integrierten Produktpaket bieten, ermöglicht die Entwicklung von AWGs, die direkt extrem detaillierte HF/EW-Signale oder komplexe Impulsfolgen für die Forschung erzeugen können. Ein Beispiel ist der Tektronix AWG5200 (Bild 8), der sich durch eine 16-bit-Auflösung, eine Abtastrate von 10 GSa/s und bis zu acht unabhängige Kanäle mit einem Kanal-zu-Kanal-Skew von weniger als 10 ps auszeichnet.

Die höhere Kanalzahl ist besonders für Anwendungen im Bereich der Quanten-Computer interessant, wo die Forscher Möglichkeiten benötigen, um Dutzende von synchronisierten Signalen an Quanten-Computer-Cores zu senden. Alle Kanäle im AWG sind bereits voll synchronisiert, zudem können mehrere Instrumente zusammen synchronisiert werden, um eine fast unbegrenzte Kanalzahl zur Verfügung zu stellen.

Der Autor

Dean Miles ist Senior EMEA Technischer Marketing Manager bei Tektronix und für das High-Performance-Produktportfolio von Tektronix verantwortlich. Er ist seit mehr als 20 Jahren für das Unternehmen tätig und hatte in dieser Zeit verschiedene Positionen inne, wie Global Business Development Manager für HF-Technologien und Business Development Manager für die Optical Business Unit von Tektronix. Dean Miles hat die Technologien von Tektronix in mehr als 80 Ländern weltweit präsentiert, sich mit mehr als 10.000 Ingenieuren getroffen sowie mehr als 40 Fachartikel veröffentlicht.