沈鼐叡
泰克科技中國區高端產品市場經理
現代RF系統，如超導量子比特控制器、相陣雷達、MIMO收發機、智能天線發射機和捷變超寬帶擴頻通信，都基于寬帶、相干、多通道結構。傳統方式采用矢量信號發生器及IQ 調制器和模擬合成器生成RF信號，由于校準復雜及大規模實現此類系統的成本而存在著許多重大局限。為解決這種問題，市場上出現了一種高速數模轉換器，包括信號處理、調制和生成功能。這些數據轉換器能夠在微波頻率上直接合成復雜信號，另外能夠更簡便地實現多通道同步和校準，通道密度高的系統的成本也明顯下降，因為它不需要復雜的模擬前端。泰克最新推出的AWG5200 系列任意波形發生器就采用這種數模轉換器，為每臺儀器提供了最多8 條同步通道，并可以通過同步更多的儀器來擴展通道數量。作為任意波形發生器(AWG)的領導制造商，新系列提供了簡便靈活的信號發生方式，滿足了通用微波和RF設計、雷達和電子戰爭應用以及高速串行、光通信和高級科研等應用的需求。
AWG5200系列儀器的核心是新型高性能數模轉換器 (DAC) ，其在一個全面集成的產品套件中同時實現了杰出的速度和分辨率。基于強大的DAC內核，AWG5200可以直接生成復雜調制的RF/EW信號，支持高達4 GHz的載波，而不需外部RF轉換。16位垂直分辨率最適合全面集成的AWG，而其他系統只提供了14位分辨率。
電信系統和軍用系統則需要更低的成本、更小的器件，在這種需求的驅動下，最新DAC（如AWG5200中使用的DAC）在信號發生功能基礎上，增加了信號處理和調制功能。過去，會由獨立的系統負責信號處理及波形創建，數字信息被輸送到DAC中。現在，更加先進的高速DAC本身就內置了信號處理模塊。這些數字信號處理模塊有許多用途，如復雜(或I-Q)調制、數控振蕩器(NCO)和調節功能，如FIR濾波器和數字插補。這可以高效、緊湊、經濟地直接生成復雜的RF信號。圖1顯示了AWG5200中使用的高速16位DAC簡化的方框圖。
圖1. 泰克AWG5200中使用的DAC簡化的方框圖。
如圖2所示，AWG5200系列提供了多種DAC模式，用戶可以在DAC帶寬最干凈的部分和頻率滾降位置輸出信號。選項包括NRZ、DDR、RZ和混合模式。
圖2. 多種DAC模式允許AWG5200用戶在DAC帶寬最干凈的部分及頻率滾降位置輸出信號。
復雜真實環境信號為你而生
高保真度、緊密同步的多通道信號生成功能為設計、調試和運行測試生成接收機信號，這正成為RF和雷達設計日益重要的要求。這特別適合占用頻譜測量，在這種測量中，設計人員需要仿真充滿RF/微波信號的環境，包括軍用和商用雷達信號及無數消費設備發出的信號。對這種應用來說，測試源越多越好。而另一方面與VSG不同，AWG生成的信號沒有出現I-Q失衡或載波 (NCO) 泄漏，因為調制信號和載波信號是在數字域中創建的。這簡化了測量校準，可以簡便地校正因DAC和合成頻響及輸出模擬通道導致的相位失真。通過對基帶信號應用數字預補償濾波器，可以完成這種校正。當要求頻率超出AWG范圍，或者如果要求更高的動態范圍，那么可以采用外部混頻器和固定頻率LO實現超外差上變頻，這為同步多通道應用提供了經濟的解決方案。
泰克公司最新推出的AWG5200系列(圖3) 在一臺儀器中提供了市場上以前沒有提供的一整套功能，包括5 GS/s的標配采樣率 (采用插補技術時高達10 GS/s)、16位垂直分辨率、每條通道2 GS波形內存、每臺儀器最多擁有8條獨立通道，提供了<10 ps通道間時延。每條AWG5200通道都有獨立的路徑輸出、單獨的放大、單獨的排序、上變頻、專用內存，其可以獨立控制，而沒有串擾，也不會給任何通道性能帶來限制。唯一常見的因素是，所有通道共享共用時鐘，用戶可以選擇輸入一個外部基準時鐘。
圖3. 最新AWG5200信號發生器把高保真度、高采樣率與每通道低成本融合在一起。
這種獨立性和靈活性及16位分辨率、<2 ?s時延和-70 dBc無雜散動態范圍，使得AWG5200成為完美的信號源，可以生成復雜的真實環境信號，用來測試相陣，仿真測試對象，或用新的COTS（市面上的商用）解決方案代替老式設備。對相陣天線系統或多輸入多輸出 (MIMO) 天線陣列等應用，可以同步最多四臺AWG5200s，提供最多32個測試信號。
從實用角度看，AWG5200的一個主要優勢是，它大大提高了信號生成的可管理性，因為它不需要一大堆專用的、成本高昂的信號發生設備。泰克不斷擴大RF測試使用的波形創建插件庫，因此可以快速簡明地創建一致性測試或裕量測試使用的信號。具體插件包括通用預補償插件、多音調和線性調頻插件、OFDM插件、雷達插件和RF通用插件。如圖4所示，后者以數字方式合成被調制的基帶信號、IF信號和RF信號，支持各種調制方式。當然，用戶可以使用各種工具和技術設計自己的波形，使用MATLAB腳本自動執行測試。AWG5200的代碼還兼容上一代泰克AWG，因此也可以使用現有的波形和腳本。
圖4. RF通用波形創建插件是一種軟件包，以數字方式合成被調制的基帶IF和RF/微波信號。
AWG5200配備6.5英寸觸摸屏顯示器，提供了直觀的菜單操作以及用戶熟悉的前面板控件和小鍵盤。它還可以使用以太網或直接USB連接，通過運行SourceXpress軟件的外部PC進行控制。它包括一塊可拆卸硬盤，可以迅速改變測試設置，或滿足安全要求。