[原创] Analog Discovery 2 测评(6) 波形发生器

cruelfox 2019-12-8 12:17 楼主

　　上一篇 Analog Discovery 2 测评(5) 采集系统硬件分析我介绍了Analog Discovery 2的模拟／数字转换部分，这一篇就来说说它的波形发生器部分——如何产生测试用的模拟信号。

　　波形发生器的核心器件是ADI AD9717, 双路125Msps 14-bit低功耗DAC.

　　这个DAC的输出是差分电流形式，满幅1mA到4mA可设。Analog Discovery 2的模拟输出要求是电压，所以后面必须有I/V转换电路，以及增强输出驱动能力的缓冲器。手册中DAC后面模拟输出部分电路如下：

　　I/V转换由AD8058为主，输出中心电压为0V. 后面 AD8067 对这个电压再进行11倍反相放大输出，并叠加上一个可控的直流电压（VOFF_AWGx控制），也是使用了一个辅助的DAC: AD5645产生直流电压（4路DAC，剩余两路给可调直流电源）。

　　AD9717的满幅电流设定是用外接电阻实现的，在Analog Discovery 2电路中设置了两个挡位，用模拟开关切换电阻(8k还是32k)选择。

　　DAC对应的两个电压输出范围分别是 +/-5.45V 和 +/-1.36V（切换是软件自己管理的，我没有在界面上发现可选项），再叠加可设定的一个直流电压。但最后模拟输出端电压范围受运放供电电压限制，不可能超过+/-5.5V的范围。

　　另外Analog Discovery 2还有一个3.5mm立体声输出插座用于接耳机“听信号”，是将DAC输出经过另外一个运放驱动后输出，增益为2倍，采用AC耦合输出。

　　波形发生器的基本用法是产生给定频率、幅度和预定义形状的周期波形，也就是函数发生器。最常用的还是正弦波了，有这个14-bit DAC在，精度还可以。用仪器自身的ADC环路测试，波形发生器出来5MHz以下的信号的THD低于-60dB，满足一般测试需求了。下图分别是两个波形发生器分别产生1.44MHz 和 5MHz 1V正弦信号，直接接两路模拟输入进行FFT分析的结果。

　　尽管波形发生器支持最大频率25MHz的输出，因为DAC采样率是固定的100MHz, 信号频率太高了一个周期点数就很少，波形看起来也不漂亮。频率过高的信号输出(10MHz以上)时，受到模拟电路的限制，幅度会明显下降，可用性降低。

　　不过，波形发生器输出正弦信号的频率分辨率让我诧异——在软件上输入9.99999999MHz居然能被接受，我用另外一个通道输出10MHz, 同时观察两路信号的波形，可以看到波峰位置的相对运动。如此精细的频率设定，还能保持不错的THD，我想不到Analog Discovery 2是怎么实现的。因为受到USB传输速率限制，不可能将100Msps 14-bit数据由PC计算了实时发送出来，必须是FPGA参与了计算。

　　此外，波形发生器还支持频率渐变（线性扫频）和幅度渐变；支持简单的FM和AM调制。

　　在Analog Discovery 2的配置选择上可以看到，波形发生器是有缓冲区的。这样就可以由用户编制波形数据，产生“任意”波形——不过长度有限制。在Custom定制波形的对话框中，可以有多种方式编写波形数据，例如从文本文件导入、用数学表达式生成、直接输入采样点的数值等。

　　上面的对话框中，可以设置最多32768个点的数据。然而设备的缓冲区容量是4K. 我没明白为什么能支持8倍于缓冲区容量的数据？我实验过确实是可以在100Msps速率下将这个自定波形完整地输出，还可以周期重复不间断。

　　如果需要长时间非周期的自定波形产生，32768个点还是太少。波形发生器还有一个 “Play" 模式，通过PC连续发送数据的方式产生长时间的自定波形。不过这是以降低采样率为代价的，最高采样率被限制在了1MHz. 在我所用的版本软件中，最长可以导入1M个采样点，不过既然是Play了就应当有办法不限制长度（比如用SDK自己编写程序）。

　　波形发生器在作为激励信号提供方的时候，也可以触发Analog Discovery 2的其它功能组件一起工作。比如同步观察时域波形（不仅是省去了一个虚拟示波器的触发通道而已），激励和响应的时间轴就对齐了，对分析电路有帮助。下图是一个例子，测试一个LC串联网络的阶跃响应，用波形发生器发了一个单脉冲。设置了Scope的触发源为Wavegen 1.