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2021年04月20日 | 任意波形发生器基础知识 - 关键技术指标
2021-04-20 来源：eefocus
通过了解任意波形发生器（AWG）的关键技术指标，有助于让您做出明智的采购决策。您需要知道如何对各类 AWG 和不同厂商的存储器、采样率、动态范围和带宽进行比较。本文探讨了 AWG 的技术指标，旨在帮助您更深入的理解这些指标。
存储器大小是德科技：通信网络基础知识 - 使用 BERT 和 AWG 的相干光解决方案存储器大小
存储器大小指的是可用于存储长串用户自定义波形的存储器容量。该技术指标的单位为千兆样点（Gsa）。数据被馈入数模转换器（DAC）中，生成所需信号的电压阶跃表示。为了精确地创建已定义的信号，就会需要高采样率和大存储器。
采样率
采样率是 DAC 在给定时间间隔内可以采样的样点数量。该技术指标的单位为千兆样点/秒（Gsa/s）。采样率决定了任意波形发生器输出信号的最大频率分量。采样率也可以用其他术语来表示，如“时钟速率”和“样点访问速率”。下面这个公式可以用来理解存储器大小和采样率之间的关系。
存储器/采样率 = 播放时间
从上式可以看出，采样率越高，使用的内存就越多，播放时间也就越短。播放时间决定了 AWG 可以生成的独特波形的总长度。这个播放时间长度也称为重复前的持续时间。例如，存储器大小为 256 kSa，采样率为 64 GSa/s 的话，播放时间为 4 微秒。这个码型不是很长，这也是它需要大量内存才能获得更多播放时间的原因。
动态范围 — 垂直分辨率（DAC 位数）
这是 DAC 的输出，它表示为电压与垂直分辨率位数的比。该值用相对于载波幅度的分贝数（dBc）来表示。例如，8 位 DAC 可以输出 2 到 8 位的垂直分辨率，或产生所需波形的 256 个不同的电压电平。在比较不同品牌的任意波形发生器 ADC 位数技术指标时，我们务必要了解，ADC 每增加一位，垂直分辨率会翻倍。
带宽
任意波形发生器的输出限定为特定的上端输出频率。任意波形发生器的带宽是它能够可靠地提供的频率输出范围。该值也称为“数据速率”，以千兆位/秒（Gb/s）表示。请注意，带宽由采样率决定，但它们之间不是一对一的关系。我们来看看为什么会出现这种情况。
DAC 必须在存储器中准确地创建信号，并且在每个周期需要产生至少两个数据点。这就是所谓的奈奎斯特理论。因此，采样率为 1 GHz 的话，DAC 的输出为 500 MHz，即采样率的一半。
DAC 输出信号不是平滑的正弦波，而是存储器中用电压阶跃表示的码型。因此，DAC 输出需要进行滤波。在任意波形发生器内，滤波通过重建滤波器完成，该滤波器可产生平滑的正弦波。然而，采用这种类型的滤波有一定的代价，采样率与 AWG 输出频率的比值要额外损失 10%。您可以参考下面的公式。例如，上述 1 GHz 采样率会使得任意波形发生器的最大输出频率达到 400 MHz。
最大任意波形发生器输出频率 = 采样率 x 40%
无杂散动态范围（SFDR）
该值在频域中测量，是从选定频率到所述带宽内最高可见杂散或谐波的距离，用 dB 表示。该值以相对于选定频率幅度的分贝数表示。下图 1 中的屏幕截图所示为屏幕中心的 AWG 输出频率的示例，左侧的杂散比振幅低 94.54 dB。
图 1：相对于杂散的中心频率
有效位数（ENOB）
有效位数来自 DAC 位数。由于谐波、杂散信号和 AWG 本底噪声的影响，有效位数小于 DAC 位数。请注意，该技术指标会改变 AWG 的带宽，您应当查看如下图一样的 ENOB 与频率图，获得与您选择的信号输出频率相关的值。请注意，下图 2 中的图表参考了一个 14 位系统。但是，您可以看到，在受到信噪比失真（SINAD）的影响之后，接收机在 1.5 GHz 的实际分辨率位数降低到了大约 9 位。
图 2：频率上的 ENOB 曲线
ENOB 是一个很好的技术指标，能够在考虑对信号质量的影响后查看 AWG 的实际性能。ENOB 可以根据以下公式来测量或计算。请注意，SINAD 是总信号功率与意外信号噪声之间的比值。
抖动
波形的抖动会导致边沿和电压电平不对齐。这样可能会导致 AWG 将数据误差注入您的系统。抖动值通常以同步时钟和直接数据输出之间的 ps 峰峰值表示。
了解 AWG 的关键技术指标规格，为您的应用选择合适的发生器：
• 存储器、采样率和播放时间相互关联
• 带宽与采样率不会匹配，但应该是采样率的 60%
• 相比 ADC 位数，ENOB 可以更好地表示分辨率
• 将抖动技术指标考虑在内，以确保真实的信号保真度
史海拾趣
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