Generatory funkcyjne DDS vs Generatory funkcyjne Trueform


Obecnie technologia stosowana w większości generatorów funkcyjnych znana jest jako bezpośrednia synteza cyfrowa (DDS - Direct Digital Synthesis). Niestety DDS ma wiele problemów, które mogą powodować nieoczekiwane i pozornie niewytłumaczalne problemy w laboratorium. Technologia Trueform pozwala uniknąć wielu z tych pułapek dzięki niższemu jitterowi i prawdziwemu odwzorowaniu przebiegów - koniec z przybliżeniami! Przeczytaj więcej, aby dowiedzieć się o różnicach między generatorami funkcyjnymi DDS i Trueform oraz o tym, jak te różnice wpłyną na testowanie.

Koncepcyjnie najprostszym sposobem wygenerowania przebiegu jest zapisanie jego punktów w pamięci, a następnie odczytanie tych punktów jeden po drugim i taktowanie ich w przetwornik cyfrowo-analogowy. Po odczytaniu ostatniego punktu generator ponownie przeskakuje z powrotem do pierwszego punktu, aby rozpocząć następny cykl. Jest to czasami nazywane generowaniem „point per clock” (PPC).

Chociaż ta metoda wydaje się być najbardziej intuicyjnym sposobem tworzenia przebiegów, ma ona dwie duże wady. Po pierwsze, aby zmienić częstotliwość przebiegu lub częstotliwość próbkowania, częstotliwość zegara musi się zmienić, a wykonanie dobrego, niskoszumowego zegara o zmiennej częstotliwości zwiększa koszt i złożoność przyrządu. Po drugie, ponieważ stopniowe wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego jest niepożądane w większości aplikacji, konieczne jest złożone filtrowanie analogowe, aby wygładzić kroki. Ze względu na swoją złożoność i koszt technologia ta jest wykorzystywana głównie w wysokiej klasy generatorach przebiegów.

DDS wykorzystuje zegar o stałej częstotliwości i prostszy schemat filtrowania, więc jest tańszy niż metoda PPC. W DDS akumulator fazowy (phase accumulator) inkrementuje wyjście w każdym cyklu zegara, a wyjście akumulatora reprezentuje fazę przebiegu. Częstotliwość wyjściowa jest proporcjonalna do przyrostu, więc łatwo jest zmienić częstotliwość, nawet jeśli częstotliwość zegara jest stała. Wyjście akumulatora jest przekształcane z danych fazowych na dane amplitudowe, zwykle przez przepuszczenie go przez pewien rodzaj tablicy przeglądowej.

Konstrukcja akumulatora fazowego pozwala DDS na użycie stałego zegara, ale nadal wykonuje przebiegi z zauważalnie większą częstotliwością próbkowania niż zegar. W przypadku DDS nie każdy pojedynczy punkt w pamięci przebiegu jest wyrażany w wynikowym kształcie przebiegu wyjściowego. Zamiast tego DDS generuje najlepsze przybliżenie przebiegu, co oznacza, że ​​małe detale przebiegu mogą zostać częściowo lub całkowicie pomięte. W najlepszym przypadku takie przybliżenie może prowadzić do dodatkowego jitteru, a w najgorszym przypadku może prowadzić do poważnych zniekształceń.

Technologia Trueform firmy Keysight stanowi kolejny skok w technologii generowania sygnałów, zapewniając najlepsze z obu światów. Zapewnia przewidywalny, niskoszumowy przebieg bez żadnych pominiętych punktów, takich jak technologiach PPC, ale w cenie DDS. Trueform działa poprzez zastosowanie opatentowanego wirtualnego zegara zmiennego z zaawansowanymi technikami filtrowania, które śledzą częstotliwość próbkowania przebiegu. W poniższych sekcjach przyjrzymy się niektórym zaletom generowania przebiegów, jakie zapewnia Trueform w porównaniu z DDS.

Poprawiona integralność sygnału
Jedną z kluczowych zalet Trueform w porównaniu z DDS jest ogólnie lepsza integralność sygnału. Zaletę można zobaczyć w dziedzinie częstotliwości, porównując widma i dziedzinę czasu z porównaniem pomiaru jittera. Rysunek 1 pokazuje w dziedzinie częstotliwości przebieg sinusoidalny 10 MHz wygenerowany przy użyciu technologii Trueform. Rysunek 2 pokazuje ten sam przebieg w dziedzinie częstotliwości wygenerowany za pomocą technologii DDS.

Idealna przebiega sinusoidalna składa się z częstotliwości podstawowej bez harmonicznych. W prawdziwym świecie istnieje pewna ilość harmonicznych, im mniejsza, tym lepsza. Na obu rysunkach 1 i 2, zaznaczonych na czerwono, można zobaczyć, ile dB stanowi druga harmoniczna od częstotliwości podstawowej. Możesz zobaczyć, że druga harmoniczna Trueform jest> 5 dB niższa niż druga harmoniczna DDS. Technologia DDS na Rysunku 2 pokazuje czwartą i piątą harmoniczną. Powstała również nieharmoniczna ostroga między tymi dwiema harmonicznymi. Te niepożądane harmoniczne i ostrogi są nieistotne w przypadku technologii Trueform pokazanej na Rysunku 1.


Rysunek 1 Harmoniczne przebiegu z generatora Trueform


​Rysunek 2 Harmoniczne przebiegu z generatora DDS

Kiedy porównamy obie technologie z punktu widzenia pomiaru jittera, przewaga Trueform staje się jeszcze bardziej wyraźna. Rysunki 3 i 4 pokazują pomiary jittera wykonane na impulsie 10 MHz za pomocą oscyloskopu o wysokiej wydajności. Widok oscyloskopu jest powiększany na zboczu narastającym sygnału impulsu z włączonym ustawieniem trwałej poświaty. Funkcja histogramu oscyloskopu służy do pomiaru jittera powtarzalnych sygnałów. Skale amplitudy i czasu dla oscyloskopu są takie same dla obu pomiarów. Pomiar odchylenia standardowego na każdym przebiegu jest zaznaczony na czerwono i oznacza fluktuację wartości skutecznej sygnału. Pomiar jittera sygnału impulsu Trueform pokazano na Rysunku 3, a pomiar jittera sygnału impulsu DDS pokazano na Rysunku 4. Przebieg impulsu Trueform ma ponad 10 razy mniejszy jitter w porównaniu do przebiegu impulsu DDS.

Lepsza integralność sygnału, jaką oferuje Trueform w porównaniu z DDS, oznacza mniej niepewności w testach. Jest to szczególnie prawdziwe, gdy weźmie się pod uwagę aplikacje oparte na czasach zbocza, takie jak generowanie sygnału zegarowego, sygnału wyzwalającego lub sygnału komunikacyjnego.


​Rysunek 3 Jitter przebiegu z generatora Trueform


Rysunek 4 Jitter przebiegu z generatora DDS

Przebieg który stworzysz to przebieg który otrzymasz
Jak wspomnieliśmy wcześniej, DDS używa stałego zegara i akumulatora fazowego, więc nie może zagwarantować, że każdy punkt lub funkcja w przebiegu zostanie odtworzona. Im wyższa częstotliwość, tym więcej odstępów zobaczysz na przebiegu wyjściowym w porównaniu do przebiegu idealnej. Z drugiej strony Trueform odtwarza każdy punkt przebiegu niezależnie od ustawionej częstotliwości lub częstotliwości próbkowania. Staje się to krytyczne, gdy mamy do czynienia z przebiegiem, którego małe szczegóły mają krytyczne znaczenie.

Jako przykład stworzyliśmy arbitralny przebieg składający się z impulsu z siedmioma skokami amplitudy opadającej na szczycie impulsu. Przebieg został następnie załadowany do generatora funkcyjnego i arbiralnego Trueform i generatora funkcji DDS i odtwarzany na trzech różnych częstotliwościach: 50 kHz, 100 kHz i 200 kHz. Wyniki zostały przechwycone na oscyloskopie, jak pokazano na rysunkach 5, 6 i 7. Żółty ślad to  przebiegi Trueform, a zielony ślad to  przebiegi DDS.

Na Rysunku 5 przy 50 kHz każdy generator był w stanie odtworzyć  przebiegi za pomocą siedmiu szpilek na szczycie impulsu. Widać, że skoki Trueform osiągnęły wyższe amplitudy.


Rysunek 5 Porównanie przebiegów dla 50 kHz

Na ryc. 6 przy 100 kHz, podczas gdy generator Trueform odtworzył wszystkie siedem szpilek, generator DDS nie odtwarzał żadnego z impulsów.


Rysunek 6 Porównanie przebiegów dla 100 kHz

Na ryc. 7 przy 200 kHz generator Trueform po raz kolejny odtworzył wszystkie siedem szpilek, podczas gdy generator DDS przeszedł z braku impulsów przy 100 kHz do odtwarzania trzech szpilek przy 200 kHz. Zauważ, że trzy szpilki w przebiegu 200 kHz nie pasują do prawidłowej lokalizacji czasowej żadnej z siedmiu szpilek znajdujących się w rzeczywistych punktach przebiegu. Ten przykład ilustruje, w jaki sposób przebiegi generowane za pomocą technologii DDS mogą maskować ważne szczegóły, które są kluczowe dla integralności projektu.


Rysunek 7 Porównanie przebiegów dla 200 kHz

Wniosek
Przez dziesięciolecia DDS była wiodącą technologią w generatorach funkcyjnych i arbitralnych, ponieważ oferowała tańszą alternatywę dla wysokiej klasy technologii PPC. Jak badaliśmy w powyższych przykładach, DDS ma szereg wad związanych z integralnością sygnału, które obejmują jitter, szum harmoniczny i pomijane punkty w przebiegach. Z tych wad wynika, że ​​prawdziwej reprezentacji zaprogramowanego przebiegu nie można osiągnąć konsekwentnie za pomocą generatorów funkcji wykorzystujących DDS.

Opatentowana technologia Keysight Trueform stanowi alternatywę łączącą najlepsze cechy technologii DDS i PPC, wykorzystując wyjątkową technikę cyfrowego próbkowania w celu uzyskania niezrównanej wydajności.
Tabela 1 podsumowuje porównanie między technologią Trueform, a technologią DDS


Tabela 1 Porównanie technologii Trueform i DDS

Galeria