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圖 1：顯示從存儲器到輸出的數據路徑的 AWG 概念框圖

引言

任意波形發生器 (AWG) 的強大功能之一是它們可以生成幾乎無限數量的波形。AWG 的工作模式控制這些波形輸出方式的時序。在本應用說明中，我們將研究虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 工作模式的有效使用，重點關注序列模式，該模式提供近實時控制輸出波形選擇的能力。

AWG 的運行模式就像一個反向的數字化儀。它們以數字形式將波形存儲在波形存儲器中，然后波形控制器將數字數據傳送到數模轉換器 (DAC)，后者將其轉換為模擬電壓。如圖 1 所示。

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波形存儲器工作模式

虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 中的波形存儲器以兩種不同的模式使用。第一種是標準模式，其中波形數據完全存儲在波形存儲器中，因此波形持續時間會被限制為波形存儲器的長度。請注意，對于該產品系列，波形存儲器達到2 GSamples，以最快 (1.25 GS/s) 時鐘速率提供長達 1.6 秒的波形持續時間，波形的任何部分都不會重復。

第二種模式是先進先出 (FIFO)，它使用 PCIe x8 串行接口以高達 2.8 GB/s 的速率從主機傳輸波形數據。內部波形存儲器用作流緩沖器。此模式允許延長波形持續時間，但現在受到主機中可用內存的限制。使用基于 RAID 的數據存儲的 PC 系統，例如 虹科 Spectrum 的Streaming Systems，甚至可用于實現數小時的不間斷波形生成

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AWG工作模式

操作模式決定了波形的輸出時間和部分。該操作模式與可在內部或外部生成的 AWG 觸發器一起工作。操作模式總結如下：

Single - 波形存儲器中的數據將在第一次觸發事件后重放一次，隨后的觸發將被忽略。

Single restart - 波形存儲器的相同數據將在每次觸發事件后重播一次。

Repetitive (continuous)- 波形存儲器的數據連續播放編程的次數或直到發出停止命令。

Gated - 允許波形輸出由外部門控信號的狀態控制。

Multiple - 內存被分成相同長度的段。每個觸發事件輸出一個段。

Sequence - 內存被分成段。不同長度的波形被加載到段中。序列文件確定輸出順序、循環計數和要輸出的段。

多重和序列模式都將波形存儲器分段，每個分段包含一個波形或部分波形。然后每個觸發器都會增加段號并輸出選定的波形。序列模式增加了將片段內容循環用戶可選擇的次數以及選擇要輸出的下一個片段的能力。

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圖 2：波形內存拆分和序列內存鏈接

序列模式

如前所述，序列模式將 AWG 波形分成幾個數據段。

每個段中加載的每個波形可以具有不同的大小。如圖 2 底部所示，數據段使用附加序列存儲器按用戶選擇的順序鏈接。序列存儲器將存儲器步驟與特定段鏈接起來，指定每個段的循環次數，并定義下一個 部分。重要的是，波形段之間的切換發生在段之間沒有死區時間。

在我們的示例中，序列內存中的 4 個步驟已被定義。其中三個（步驟#1、步驟#3 和步驟#4）執行無限循環，將不斷重復。卡的輸出將包含重復 10 次的數據段 #2，重復 100 次的數據段 #3，以及僅重復一次的數據段 #7。此時 AWG 循環回到第 1 步并重新開始循環。

在序列模式下，可以通過簡單的軟件命令更改重放的波形，或者在重放其他段的同時重新定義段的波形數據。這允許對波形輸出進行近乎實時的編程。

波形和序列存儲器的嚴格分離使得可以在運行時更改序列存儲器。如果我們再次查看該示例，該序列有一個未使用的步驟，即步驟#2。在我們的示例中，在 AWG 開始之前定義了 3 個步驟。起初這些都沒有改變。步驟#2 設置為重復自身。也就是說，它作為下一步鏈接回自身，但由于定義的順序，通常不使用它。由于序列存儲器的性質（先讀后寫），可以寫入任何步進寄存器

在運行期間在序列內存中而不破壞它。通過尋址某個步驟并更改例如其下一個參數，可以通過軟件在兩個序列之間切換。

假設在我們上面的示例中，我們將步驟 #4 的下一個參數從 Next=1 更改為 Next=2，無限執行的 3 步序列（自 AWG 啟動以來一直重復）將在下次執行時保留 重放完成與步驟#4 關聯的模式的最后一個樣本（在本例中為段#7），然后它將跳轉到步驟#2 并無縫地繼續重放關聯段#3 的第一個樣本。當步驟#2 鏈接回自身時，它將在無限循環中生成數據段#3，直到被用戶停止。

序列存儲器中任何步驟的三個步驟參數“Next”、“Segment”和“Loop”中的任何一個都可以在運行時更改，而不會損壞序列存儲器。但是，一旦輸入一個步驟，它將被執行并完成當前設置，例如輸出關聯的模式并重復編程的次數。

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序列模式的優勢

虹科M4i.66xx系列

虹科Spectrum M4i.66xx 系列 AWG 的序列模式具有相當大的優勢。首先是它可以更有效地利用內部存儲器。循環波形元素可以存儲一次并根據需要重復，從而減少所需的存儲空間。輸出波形選擇的排序有很大的靈活性。可以立即加載測試程序所需的所有波形，然后根據需要進行選擇。這大大提高了測試速度。此外，對波形段進行近乎實時的控制，可以輕松地對測試需求提供自適應響應。測得的測試結果可以改變序列順序，并且這可以在不停止測試的情況下發生。這是最強大的優勢，因為它支持自適應測試，可以根據測量的性能更改測試條件。

考慮以下一般情況：

預加載所有測試波形。

將被測設備 (DUT) 連接到 AWG 和數字轉換器。

輸出測試波形1

使用數字化儀獲取并分析測試波形 1 對 DUT 的影響

根據測量結果選擇下一個測試

回放測試波形 2

使用數字化儀獲取并分析測試波形 2 對 DUT 的影響

根據測量結果選擇下一個測試

繼續直到測試完成

這種存儲所有測試波形并根據需要通過動態編輯序列存儲器調用它們的能力是一種獨特的能力。結合 AWG 幾乎可以生成任何波形的能力，它構成了理想的測試發生器。

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使用序列模式的示例

考慮測試接收器的曼徹斯特編碼串行數據流，如圖 3 所示。

圖 3：應由 AWG 生成的曼徹斯特編碼串行數據流示例

曼徹斯特編碼用于許多常見的串行數據鏈路，包括 RFID、PSI 5 和以太網。曼徹斯特碼總是在每個位周期的中間放置一個轉換。它也可能（取決于要傳輸的信息）在周期開始時有一個過渡。中間位轉換的方向指示數據。周期邊界的轉換不攜帶信息。它們的存在只是為了將信號置于正確的狀態以允許中間位轉換。保證轉換允許信號自計時。該復合波形由圖 4 所示的三個波形分量組成：

圖 4：3 個數據段用于生成曼徹斯特碼

波形段

“1” - 從高到低的過渡

“0” - 從低到高的過渡

0 伏直流電平的基線。

通過使用這些組件定義三個波形段，可以合成任何數據模式組合。這意味著通過重新排列這三個段的順序，可以更改數據包的內容。

在下面的示例中，段將設置為 512 個樣本的長度，時鐘速率為 50 MS/s，因此每個組件的持續時間（圖 3 中的 TBit）將為 10.24 μs。數據包由持續超過兩個位時鐘周期的基線信號分隔。

虹科Spectrum M4i.6631-x8 AWG 使用 MATLAB 腳本進行控制，該腳本為測試目的構建了四種不同的數據模式。虹科Spectrum 提供適用于 Windows 和 Linux 操作系統的驅動程序。這些驅動程序支持最常見的編程語言和第三方系統集成軟件，如 LabVIEW、MATLAB 或 LabWindows/CVI。所有驅動程序都附帶詳細的文檔和工作示例。

控制序列存儲器內容的 MALAB 代碼如下所示：

*注意：條件定義：（0 => 始終結束循環，1 => 觸發時結束循環，2 => 結束序列）

僅使用上面描述的三個組件，十四個步驟即可構建波形。

圖 5：使用虹科 M4i.4450-x8 數字化儀采集串行數據包的不同段

MATLAB 腳本包含四個這樣的表，每個表加載不同的段組合。當 AWG 在此 MATLAB 腳本下運行時，它會生成四種不同的數據模式。數據輸出結果如圖5所示。

使用虹科 Spectrum M4i.4450-x8 數字化儀以多重采集模式采集四段串行數據包。頂部顯示的是已經討論過的數據模式。其他三個是不同的模式，顯示 AWG 如何僅通過更改序列存儲器內容來切換數據內容。

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結論

AWG 操作模式控制波形的選擇和時序。序列模式是最通用的模式，可以分段存儲并選擇要輸出的波形段，設置該段重復的次數，然后確定下一段。段的編程由 AWG 運行時更改的序列存儲器控制。這意味著輸出的波形可以近乎實時地改變，從而提供進行測試自適應編程的能力。