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Neue DAC-Technologien

Arbiträr-Signalgeneratoren für hochwertige HF-Signale

27. September 2017, 8:30 Uhr | Von Dean Miles, Tektronix

Durch die besseren Möglichkeiten der aktuellen DACs können Arbiträr-Signalgeneratoren heute problemlos Signale bis in den Mikrowellenbereich erzeugen. Welche Techniken werden verwendet, um dabei kostengünstig und qualitativ hochwertige Signale zu erhalten?

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Für Digital-Analog-Umsetzer (englisch Digital Analog Converter, DAC) gibt es Hunderte von Anwendungen – sie sind zum Beispiel in jedem digitalen Musik-Abspielgerät zu finden und wandeln dort die digitalen Bits in Musik um. In der Test- und Messtechnik sind DACs seit den 80er-Jahren in Arbiträr-Signalgeneratoren (AWG) im Einsatz, um Signale für die Verifikation, Charakterisierung und Stress/Margin-Tests zu erzeugen.

Dank der stetigen Leistungsverbesserungen von DACs erreichen die Mixed-Signal-Generatoren heute eine deutlich gesteigerte Leistung und Flexibilität und unterstützen auch High-End-Anwendungen, wie Breitband-Hochfrequenz-Systeme, die Validierung von High-Speed-Halbleitern, die Erforschung kohärenter optischer Signale und die Forschung in der Elektronik, Physik und Chemie. Wenn sich ein Signal definieren oder erfassen lässt, dann stehen die Chancen gut, dass ein moderner AWG mit hoher Abtastrate dieses Signal auch erzeugen kann.

Für einige Anwendungen wie Radar, elektronische Kriegsführung und Spitzenforschung ist mehr als nur eine möglichst hohe Abtastrate notwendig. Hier werden Faktoren wie Preis pro Kanal, Signaltreue und Skalierbarkeit immer wichtiger. Hochleistungsgeräte, die die Geschwindigkeits- und Bandbreiten-Anforderungen erfüllen, sind teuer, besonders wenn sie über mehrere synchronisierte Kanäle verfügen sollen.

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Stetige Weiterentwicklung

Die Entwicklung eines DACs sowohl mit einer hohen Anzahl von Bits als auch mit einer hohen Abtastrate sowie einem guten Dynamikbereich ist ein schwieriges Unterfangen. Doch mittlerweile ist die DAC-Technologie soweit fortgeschritten, dass Hochfrequenz-Signale mit hoher Signaltreue direkt aus dem DAC erzeugt werden können. Es gibt noch einige Einschränkungen und Fälle, bei denen zusätzlich noch ein Aufwärtswandler oder ein Mischer erforderlich sind, aber moderne DACs können die Signalanforderungen für das ISM-Band und LTE 5G bis zu 5 GHz abdecken.

Teilweise aufgrund der Nachfrage nach kostengünstigen und kleineren Geräten für die Telekommunikation und militärische Systeme, können DACs jetzt neben der Signalerzeugung zusätzlich auch Signalverarbeitung und -modulation enthalten. In der Vergangenheit erfolgten die Signalverarbeitung und die Signalerzeugung über separate Systeme, und die digitalen Informationen wurden in den DAC eingespeist. Heute haben fortschrittlichere High-Speed-DACs entsprechende Signalverarbeitungsblöcke direkt integriert. Diese nützlichen Funktionsblöcke für digitale Signale umfassen komplexe (oder I-Q-) Modulation, numerisch gesteuerte Oszillatoren (NCO) und Aufbereitungsfunktionen, wie FIR-Filter (Finitie Impulse Response) und digitale Interpolation. Das ermöglicht eine direkte Erzeugung von komplexen Hochfrequenz-Signalen auf eine effiziente, kompakte und schließlich erschwingliche Art und Weise. Dadurch lässt sich eine neue Generation von AWGs entwickeln, die für viele fortschrittliche und komplexe Hochfrequenz- und Forschungsanwendungen einschließlich Quanten-Computing ideal geeignet sind.