Arbitrary-Waveform-Generator auswählen
Die perfekte Signalquelle finden
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Betriebsmodi
AWGs können unterschiedliche Betriebsmodi bieten, die wiederum festlegen, wie die gespeicherten Wellenformen wiedergegeben werden. Die Möglichkeit, bestimmte Segmente einer Wellenform zu wiederholen (Looping) oder eine auf Triggern basierende Weiterschaltung zwischen Segmenten vorzusehen, bietet eine ultimative Flexibilität und verringert die Größe des für komplexe Wellenformen erforderlichen Speicherplatzes. Nachstehend sind gängige Betriebsmodi aufgeführt:
Single Shot: Die programmierte Wellenform wird pro externem oder Software-Trigger einmal wiedergegeben. Auf den ersten Trigger folgende Trigger werden ignoriert.
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Repeated Output: Die programmierte Wellenform wird kontinuierlich für eine Anzahl bestimmter Durchläufe wiedergegeben oder bis ein Stoppbefehl ausgeführt wird. Die Triggerquelle kann ein externer Triggereingang oder ein Software-Trigger sein. Auf den ersten Trigger folgende Triggerereignisse werden ignoriert.
Single Restart Replay: Die Signale des On-Board-Speichers werden einmal nach jedem Triggerereignis ausgegeben. Die Triggerquelle kann ein externer Trigger oder der interne Software-Trigger sein.
FIFO: Beim FIFO-Modus (First In – First Out) handelt es sich um einen Betriebsmodus, den es nur bei sehr wenigen AWGs wie bei den modularen AWGs von Spectrum gibt. Er ist auf eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen dem Speicher bzw. der Festplatte des Host-Computers und dem AWG ausgelegt. Die Steuerung des Datenstroms erfolgt automatisch durch eine Interrupt-Anforderung des Treibers. Der gesamte installierte On-Board-Speicher wird für die Zwischenspeicherung von Daten genutzt. Dadurch ist das kontinuierliche Streaming extrem zuverlässig.
Multiple: Der Modus „Multiple Replay“ ermöglicht eine schnelle Ausgabe von Wellenformen infolge mehrerer Triggerereignisse ohne Neustart der Hardware (Bild 2). Der On-Board-Speicher ist in mehrere Segmente identischer Größe unterteilt. Jedes Segment kann verschiedene Wellenformdaten enthalten, die jeweils bei Eintreten des entsprechenden Triggerereignisses ausgegeben werden. Dieser Modus ermöglicht sehr schnelle Wiederholungsraten.
Gated Replay: Im Gated-Replay-Modus (torsignalgesteuerte Wiedergabe) wird die Ausgabe von Wellenformdaten über ein externes Torsignal gesteuert (Bild 3), das heißt die Daten werden nur dann wiedergegeben, wenn ein vorprogrammierter Pegel des Torsignals erreicht wird.
Sequence Mode: Im Sequenzmodus wird der Speicher der internen Karte in mehrere Datensegmente unterschiedlicher Länge unterteilt (Bild 4). Diese Datensegmente werden unter Nutzung eines zusätzlichen Sequenzspeichers in einer vom Benutzer vorgegebenen Reihenfolge hintereinander angeordnet. Der Sequenzspeicher bestimmt die Reihenfolge, in der die Segmente ausgegeben werden, sowie die Anzahl der Wiederholungen je Segment. Für die Übergänge von Segment zu Segment lassen sich Triggerbedingungen festlegen. Im Sequenzmodus kann durch einen einfachen Software-Befehl zwischen verschiedenen wiedergegebenen Wellenformen gewechselt werden. Außerdem können Wellenformdaten für Segmente während der laufenden Wiedergabe anderer Segmente neu definiert werden.
Digitale Ausgänge
Manche AWGs können zusätzlich zu den analogen Ausgängen parallele digitale Logikausgänge erzeugen. Diese digitalen Ausgänge werden normalerweise zu den Wellenformdaten hinzugefügt – entweder durch Verringerung der analogen Auflösung oder dadurch, dass sie in die nicht genutzten Bits des Datenworts eingefügt werden (wie bei einem 14-bit-AWG mit zwei Reservebits im 16-bit-Datenwort). Die Ausgangspegel entsprechen typischerweise denen gängiger Logikfamilien.
Auswahl eines Arbitrary-Waveform-Generators
Bei der Auswahl eines AWG muss darauf geachtet werden, dass die oben angesprochenen AWG-Spezifikationen zur Testspezifikation passen.
- Bandbreite: Der grundlegende Ausgangspunkt ist in der Regel die Bandbreite des AWG, die die höchste auszugebende Frequenz bestimmt. Sie muss größer als die maximale, für das Testen erforderliche Frequenz oder genauso groß sein. Zu beachten ist, dass Wellenformen mit einem hohen Anteil an Oberschwingungen Bandbreiten erfordern, die dem Drei- bis Fünffachen der geforderten Frequenz entsprechen.
- Abtastrate: Die maximale Abtastrate des AWG muss mindestens dem Zweifachen der geforderten Bandbreite entsprechen. Das entspricht der Nyquist-Grenze. In der Praxis empfiehlt es sich, mit einer höheren Abtastrate mit dem Faktor drei oder vier gegenüber der Bandbreite zu arbeiten. Die Abtastrate bestimmt den kleinsten programmierbaren Zeitschritt. Zu beachten ist, dass AWGs häufig eine Begrenzung der minimalen Anzahl an Abtastungen vorgeben, die zum Erzeugen einer Wellenform erforderlich sind. In der Regel müssen die Wellenformen eine gerade Anzahl an Abtastungen enthalten oder dem Vielfachen einer festgelegten Anzahl an Abtastungen (z.B. 4, 8, 16 etc.) entsprechen.
- Speichertiefe: Die Speichergröße bestimmt das Signal mit der längsten Dauer, das sich nicht wiederholt und vom AWG unterstützt wird. Betriebsmodi, die Looping oder das Wiederholen redundanter Elemente in der Wellenform unterstützen, erfordern weniger Speicherplatz.
- Die FIFO-Betriebsmodi, die den Speicher der Host-Computer nutzen, bieten eine Methode zur Erweiterung des verfügbaren Speichers.
- Ausgangsamplitude: Der maximale Ausgangspegel des AWG muss der Testanforderung entsprechen. Ist dies nicht gegeben, ist gegebenenfalls ein externer Verstärker mit einer Bandbreite erforderlich, die mindestens der Bandbreite des AWG entspricht.
- Dynamikbereich/Amplitudenauflösung: Das Verhältnis der höchsten Testsignalamplitude zur minimalen Amplitude bestimmt gleichzeitig die Anforderungen an den Dynamikbereich. Es wird durch die Amplitudenauflösung des AWG, ausgedrückt in bit, bestimmt. Zu beachten ist, dass die theoretischen Werte des Dynamikbereichs in der Praxis durch Rauschen und nichtlineares Verhalten des AWG unterschritten werden. Die tatsächliche Leistung wird häufig als die effektive Anzahl an Bits (effective number of bits, ENOB) bezeichnet.
Software Support
Der AWG erfordert eine Software für die Erzeugung der Wellenformen und die Steuerung des Betriebs. Fast alle AWGs werden mit Treibern für gängige Betriebssysteme ausgeliefert. Im Lieferumfang der AWGs von Spectrum sind Treiber für Windows und Linux enthalten. Treiber ermöglichen es, eine eigene Software in gängigen Programmiersprachen wie C/C++, IVI, .NET, Delphi, Visual Basic oder Python zu schreiben. Ebenso wird auch Software von Drittherstellern unterstützt, beispielsweise LabView (Windows), Matlab (Windows und Linux) oder LabWindows/CVI. Spectrum liefert zudem SBench 6 mit, eine intuitive und interaktive Mess-Software für die Aufzeichnung, Verarbeitung und Erzeugung von Signalen. Sie ist auf die Verwendung mit sämtlichen Digitizern, AWGs und LAN-basierten digitizerNETBOX-Systemen von Spectrum ausgelegt.
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