一種任意波形發生器幅度校準時校準頻點選取方法

2021-02-10 06:24:44滕友偉

電子產品世界 2021年6期

摘要：相比普通信號發生器，任意波形發生器在通道數、可擴展性、波形輸出靈活性等方面極具優勢，是信號發生領域一個重要方向。目前任意波形發生器已廣泛應用于常規信號發生器、芯片電路測試、量子通信測試和復雜電磁環境再現等領域。本文介紹一種任意波形發生器輸出幅度校準時校準頻率點選取方法，該方法充分考慮到不同模擬通道狀態頻率相應的差異性，動態實現校準頻率位置選取，提升校準數據準確度。

關鍵詞：任意波形發生器；差異性；掃描；校準；頻率響應

*本論文受到國家重大科學儀器專項計劃項目（項目編號：2017YFF0106600）以及裝備預研領域基金重點項目（項目編號：61400030201）的資助。

0 引言

任意波形發生器本質上是一個為復雜波形和信號輸出提供輸出的硬件平臺[1]。用戶可以將自己編輯的任意感興趣的波形數據或者通過信號采集分析設備得到的信號數據通過高速數據總線下載到任意波形發生器高速DDR存儲器中暫存。任意波形發生器通過一定采樣速率讀取波形數據并送入高性能DAC前端，經過數模轉換、信號調理、模擬放大/衰減電路后輸出中頻或者射頻信號[2]。

任意波形發生器的關鍵性能指標，如采樣率范圍、數據分辨率和模擬輸出帶寬，均取決于DAC芯片的性能指標，信號輸出幅度范圍則主要由模擬放大電路決定。任意波形發生器多通道特征對信號同步和幅度精確控制提出了更高的要求，所以輸出幅度校準方案是其關鍵技術之一。

1 常用幅度校準

任意波形發生器輸出幅度范圍主要受DAC芯片有效位數、DAC芯片電流調節范圍（本任意波形發生器選用ADI公司AD9162高性能數模轉換芯片，輸出調節范圍可達13 dB）、模擬電路對信號放大或衰減能力等控制，通常情況下DAC芯片有效位數是固定的，可以靈活調節的就是DAC電流和模擬通道中的放大器/衰減器狀態，本文統稱為幅度輸出控制參數，簡稱控制參數。幅度校準時，任意波形發生器控制參數變化會改變輸出信號的幅度，任意波形發生器通過遠程連接（通常使用高速網口）讀取接收機信號輸出幅度，通過對比存取有效校準數據到硬盤文件。下次儀器啟動后將校準數據讀取，參與幅度計算和控制[3-5]。

校準時間主要取決于3個方面：

1）模擬通道硬件電路通道狀態，即放大器、可控衰減器狀態數；

2）校準點數量，包括頻率校準點和幅度校準點；

3）接收機響應速度。

在模擬通道固定的情況下，如何在選取較少校準頻點的同時滿足任意波形發生器控制精度的要求是本方法所要解決的問題。

在硬件電路不變的條件下，選用相對較少的校準點，達到準確控制信號輸出是本文所要討論的重點。

5）返回步驟1直到遍歷所有的通道狀態。

圖3所示是某通道狀態下，輸出頻率50 MHz的校準數據，第1列為選取的校準幅度點，第2列為DAC電流控制參數，第3列為誤差標識，即誤差范圍超過閾值時為0，反之則為1。

2 改進幅度校準

常用的幅度校準方法中校準頻率點的選取存在一定的隨意性，沒有考慮到硬件電路頻率響應特性，也沒有考慮到任意波形發生器不同輸出通道之間的差異，且自適應能力較差。

當任意波形發生器模擬通道頻率響應曲線非常平坦，或者呈現較好的線性關系時，常用的人為等間隔選取校準頻率點方法也能較為真實地反應硬件實際輸出情況。但由于任意波形發生器應用越來越廣泛，在很多領域已經完成對通頻段矢量信號發生器、函數信號發生器的替代，使模擬通道越來越復雜，這就使模擬通道輸出頻率響應也更加復雜，再加上制造工藝及其他不可控因素，通道真實品相往往如圖4中左圖所示，存在很多“峰點”和“谷點”，且起伏不定。普通方法校準數據誤差如圖5右下部分所示，其陰影面積即反應校準誤差大小。