利用任意信號(hào)發(fā)生器模擬高速光驅(qū)信號(hào)

　　從原理上講，AWG相當(dāng)于一臺(tái)正在播放歌曲的CD機(jī)(只不過信號(hào)是任意組合的)，播放器的探頭讀取CD上以二進(jìn)制格式儲(chǔ)存的歌曲，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器，放大后形成聲音，連續(xù)播放時(shí)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的音樂就可以從模擬喇叭中聽到。AWG結(jié)構(gòu)如圖1所示，聲波數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式駐留在存儲(chǔ)器中，二進(jìn)制數(shù)值通過主時(shí)鐘“取樣”，同時(shí)取樣時(shí)鐘還驅(qū)動(dòng)高速移位寄存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。存儲(chǔ)器中保存的數(shù)據(jù)包含波形的振幅和位置信息，取樣時(shí)鐘的速率和取樣數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)量決定了信號(hào)輸出的頻率。

　　所有的波形都是由一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，輸出信號(hào)頻率可用時(shí)鐘取樣率除以波形點(diǎn)總數(shù)來確定。對(duì)于多周期波形，輸出頻率=取樣率×周期數(shù)/波形總點(diǎn)數(shù)。例如對(duì)最大取樣率為每秒4G采樣點(diǎn)的AWG來說，如果一個(gè)周期用兩個(gè)點(diǎn)來表示波形，可以產(chǎn)生2GHz信號(hào)，同理，每個(gè)周期用三個(gè)點(diǎn)可以得到1.3GHz信號(hào)，用四個(gè)點(diǎn)可以得到1GHz信號(hào)，并以此類推。由于波形質(zhì)量直接與波形點(diǎn)總數(shù)和所選取樣率有關(guān)，因此驅(qū)動(dòng)器開發(fā)人員要掌握好它們之間的取舍。好在有些AWG內(nèi)置有應(yīng)用菜單，可讓用戶快速建立標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，從而簡化了波形的創(chuàng)建過程。

　　泰克的AWG710就是這樣一種設(shè)備，它依據(jù)的原理是幾乎所有磁盤驅(qū)動(dòng)器都采用飽和記錄來讀寫數(shù)據(jù)。在這種情形下，磁盤上每個(gè)字節(jié)都極化成兩種狀態(tài)中的一種，也就是說，通過簡單改變寫入頭電流的方向就可以將寫入頭下面的磁介質(zhì)極性顛倒，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。之后，讀取頭將感應(yīng)到磁盤上磁通量的逆轉(zhuǎn)，并對(duì)這種變化做出相應(yīng)反應(yīng)，這種轉(zhuǎn)換響應(yīng)的有效模型是混合型洛侖茲和高斯脈沖。

　　通過改變洛侖茲和高斯脈沖的比率，可以建立讀/寫信道信號(hào)模型，該模型能對(duì)一連串轉(zhuǎn)換做出響應(yīng)，這些轉(zhuǎn)換代表了讀/寫頭響應(yīng)每個(gè)記錄媒介轉(zhuǎn)換時(shí)的輸出電壓，脈沖的符號(hào)隨連續(xù)磁通量的方向變化而變化。圖2是洛侖茲/高斯脈沖以50/50比率混合時(shí)建立的讀/寫通道信號(hào)，另外AWG710還支持PR4、EPR4、E2PR4和用戶自定義脈沖。

　　為了正確模擬通道信號(hào)，可在混合信號(hào)中加入表示讀寫數(shù)據(jù)時(shí)序的部分，它規(guī)定轉(zhuǎn)換的位置，這種時(shí)序可從簡單1F或2F單頻模式到最大長度為2^n-1的偽隨機(jī)位串(PRBS)或用戶自定義數(shù)據(jù)模式?；旌厦}沖和這些數(shù)據(jù)在AWG中連接起來建立讀/寫信道信號(hào)，也可以利用附加參數(shù)進(jìn)行編輯，如磁軌平均振幅(TAA)、脈沖寬度( PW)、非線性轉(zhuǎn)換位移(NLTS)及不對(duì)稱信號(hào)等。

　　讀/寫通道信號(hào)建立后，可通過圖形編輯器加入振幅和時(shí)鐘變量。圖3顯示將讀/寫信號(hào)和一個(gè)脈沖連接起來，目的是對(duì)信號(hào)進(jìn)行改變，用圖形編輯器很容易插入遺失的字節(jié)或加入額外字節(jié)。圖中有兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，其中標(biāo)記2表示每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間，標(biāo)記1代表整個(gè)波形記錄中脈沖的衰減情況。標(biāo)記通常用于觸發(fā)讀寫信號(hào)，或?yàn)樾盘?hào)采集裝置如示波器和邏輯分析儀確定觸發(fā)位置。圖4顯示了修正后的脈沖幅度。

　　設(shè)計(jì)人員改變時(shí)序可以幫助調(diào)試驗(yàn)證后續(xù)硬件指標(biāo)富余量。改變時(shí)序的方法與丟棄(或增加)字節(jié)很類似，用指針確定相應(yīng)的區(qū)域，對(duì)相應(yīng)波形點(diǎn)進(jìn)行“縮放”以得到規(guī)定的時(shí)間位移。這里的縮放與放大縮小不同，是將每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)都乘上或除以一個(gè)縮放系數(shù)?？s放允許時(shí)間位移超過4.0GS/s的250皮秒限制，對(duì)AWG710來說，最小時(shí)鐘波形位移為400飛秒(fs)。

　　AWG同時(shí)還為驅(qū)動(dòng)器開發(fā)人員提供了波形實(shí)時(shí)排序能力。實(shí)時(shí)排序(RTS)有兩個(gè)重要作用，第一，它允許將多個(gè)波形無縫連接起來，不會(huì)影響輸出信號(hào)；第二，RTS可將較長信號(hào)傳送給被測器件。這兩種功能可使驅(qū)動(dòng)器開發(fā)人員安排系列波形以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行長期評(píng)估。

　　RTS的關(guān)鍵是對(duì)AWG存儲(chǔ)器進(jìn)行分配，沒有RTS的AWG必須存儲(chǔ)整個(gè)波形。例如要存儲(chǔ)三種不同的信號(hào)各500個(gè)周期，每個(gè)信號(hào)1,000個(gè)點(diǎn)，則需要能存儲(chǔ)150萬點(diǎn)的RAM(3×500×1000)。而實(shí)時(shí)序列發(fā)生器可以不間斷地自動(dòng)重復(fù)每段波形，所以帶RTS的AWG只要存儲(chǔ)一個(gè)波形周期就可以了，用RTS儲(chǔ)存上述序列只需要存儲(chǔ)3,000點(diǎn)的RAM。由于AWG存儲(chǔ)波形的容量有限，因此實(shí)時(shí)序列功能就顯得很重要。在有些應(yīng)用中，以4.0GS/s(250皮秒間隔)模擬10毫秒寫入需要4,000萬點(diǎn)波形存儲(chǔ)量。實(shí)際的一個(gè)序列可能含有幾百個(gè)波形，波形中還帶有由邏輯和軟件狀態(tài)決定的條件跳躍和分支，符合條件的還要調(diào)用下一個(gè)序列。

　　AWG為驅(qū)動(dòng)器開發(fā)人員提供了多種方法生成模擬波形，包括規(guī)定波形和最壞情形波形。第一個(gè)方法是用內(nèi)建的圖形編輯器提供的組建和波形操作內(nèi)部工作環(huán)境(如圖3和圖4)；第二種方法通過公式編輯器創(chuàng)建信號(hào)，可提供更復(fù)雜的波形。公式編輯器將復(fù)雜數(shù)學(xué)函數(shù)匯編到模擬和數(shù)字等式中，圖5是產(chǎn)生分散頻譜時(shí)鐘的部分公式內(nèi)容。還有一種很流行的方法是利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的記錄能力將波形記錄下來，然后轉(zhuǎn)到AWG內(nèi)存中，通常這種轉(zhuǎn)移通過GPIB或LAN等外部控制方式來實(shí)現(xiàn)，也可以用軟盤。當(dāng)波形轉(zhuǎn)入AWG存儲(chǔ)器以后，就好像是用圖形編輯器建立的一樣，可對(duì)它進(jìn)行編輯和回放。另外也可以從模擬程序如 MATLAB或MathCAD中下載 ASCII數(shù)據(jù)。