AWG(Arbitrary Waveform Generator)任意波形発生器
AWG(D/Aボード)の機能
デジタイザは、アナログ波形をサンプリングし、それをデジタル化し、メモリに格納しますが、AWGは波形メモリに、波形の数値を格納します。
選択された波形のデータは、DA変換器(DAC)へ送られ、適切なフィルタリングおよび信号処理されて、アナログ波形として出力されます。
- 任意波形発生器の用語
- 任意波形発生器の仕様書は標準信号発生器とは全く異なります。
それは、AWGのデジタル性能の大きな柔軟性によります。
- 帯域幅、サンプリングレートおよび最大出力周波数
- 重要なパラメーターは、デジタイザと同じように、帯域幅とサンプリングレートです。
帯域幅は、AWGが3dBダウンで出力することができる最も高い正弦波周波数を決定します。
AWGによって作成する波形の多くは、高調波を含むので、その高調波成分が生成することができる最も高い周波数を決定します。
例えば、方形波は、一般に第5高調波までを含む必要があります。従って、最も高い方形波周波数は、AWG帯域幅の5分1になります。サンプリングレートは帯域幅と関係があります。
サンプリング定理によれば、サンプリングレートは少なくとも帯域幅の2倍でなければなりません。
サンプリングレートをいくら増加させても、最大の帯域幅を増加することはできません。
サンプリングレートは、AWGの水平軸の分解能を決定します。
これは、波形内にセットすることができる最も小さな時間分解能を定義します。
- メモリ容量
- 波形メモリのサイズは、繰り返さずに出力することができる最長の波形を決定します。
信号出力持続時間の限界はサンプリングレートとメモリ長の積になります。
波形コンポーネントを繰り返すために、メモリをループ使用すると、最大の波形長さを大幅に増加させる事ができる場合があります。
ファーストイン、ファーストアウト(FIFO)ストリーミングモードを備えたAWGは、ホストコンピューターの記憶を利用する事によりさらに波形を拡張することができます。
例えば、M4i.66xxシリーズ製品は高速バッファとしてAWGの内部記憶を使用して、ホストPCからAWGまで、~2.8GBytes/sの速度でデータを転送することができます。
この方法によれば、AWGの内部記憶のメモリ制限からAWGを解放します。
ループ・リンク機能とFIFOストリーミングを組み合わせることにより、先例がないような様々な長い波形の生成を可能にします。
- 振幅分解能
- 振幅分解能は、AWGが生成することができる最小の出力信号レベルおよび、隣り合うサンプル間の最小の振幅ステップです。
AWGの振幅分解能は、DACの分解能とメモリの数によって決定されます。
一般に、DACの分解能が高くなると、最大のサンプリングレートは、低くなります。
【メーカーサイト】 https://spectrum-instrumentation.com/products/arbitrary_waveform_generators/
シングルショット
プログラムされた波形は、外部トリガ或いはソフトウェアトリガ毎に、 一度出力されます。
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リピート出力
プログラムされた波形は、あらかじめプログラムされた数分、或いは、 停止コマンドまで実行します。
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シングル リスタート リプレイモード
このモードは、各トリガ毎に、メモリに内蔵されているデータ波形を一度出力します。
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FIFOリプレイモード
FIFOモードはSPECTRUM社のAWGに特有の動作モードです。
それは、コンピューターのメモリ、ハードディスクと、AWG間の連続的なデータ転送を行うように設計されています。データ・ストリームのコントロールは、割り込みリクエスト方式で、ドライバによって自動的に行われます。AWGの内蔵メモリは、連続的なストリーミングのデータバッファとして使用されます。
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マルチリプレイモード
このモードは、トリガ毎に波形を高速出力します。内蔵のメモリはいくつかの等しいサイズのセグメントに分割されます。セグメントはそれぞれ、どのメモリがどのトリガにより発生出力されるかという波形データを含みます。そのため、このモードは非常に速い速度で反復出力が可能です。
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ゲーティッド リプレイモード
このモードは、外部ゲート信号によってコントロールされ、波形データを出力します。ゲート信号が、あらかじめプログラムされたレベルに達すると、データは、再び出力されます。
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シーケンスリプレイモード
このモードは、内蔵メモリを異なる長さのデータセグメントに分割し、そこに、波形データを格納します。 これらのデータセグメントは、シーケンスメモリを使用して、ユーザがセットした順に接続されます。シーケンスメモリは、各セグメントのループの数とセグメント出力の命令を決定します。トリガ条件はセグメントからセグメントへの切り替えを定義することができます。単純にソフトウェアコマンドによる切り替えで切り替わるか、他のセグメント の波形が出力されている間に、別のセグメントに波形データを並行して、変更用の波形データを同時に再定義することが可能です。
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DPG (Digital Pulse generator)
DPG(Digital Pulse generator)オプションは、プログラム可能なデューティーサイクル、出力周波数、ディレイ、ループ数を持つ4つの内部独立デジタルパルスジェネレータです。
これらのデジタルパルスジェネレータは、ソフトウェア、ハードウェアトリガでトリガをかけることができ、また相互にトリガーすることもできるので、外部機器や実験を駆動するための複雑なパルススキームを形成することができます。デジタルパルスジェネレータは、既存のマルチXIOライン(X0、X1、…)に出力することも、内部で他のパルスジェネレータにトリガをかけるために使用することもできます。パルスジェネレータの時間分解能は、カードの種類と選択されたサンプリングレートに依存します。
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DDS (Direct Digital synthesis)
DDS (Direct Digital synthesis) は、単一の固定周波数基準クロックから任意の周期波形を生成する方法であり、信号生成アプリケーションで広く使用されています。 Spectrum 社の AWG に実装された DDS 機能は、複数の「DDS コア」を持ち、マルチキャリア (マルチトーン) 信号を生成するという原理に基づいており、各キャリアは明確に定義された独自の周波数、振幅、位相を持ちます。 これらの静的パラメータに加えて、複数のコアに対する固有の線形変化を可能にする、周波数や振幅勾配などの動的パラメータも組み込まれています。
各コアを一緒に加算して出力することも、特定のコアのグループを一緒に加算して特定のハードウェア出力チャネルに出力することもできます。 高速 DMA モードでは、個別の DDS コマンド シーケンスを使用して、整形されたスロープや変調された正弦信号など、より高度な周波数変更をプログラミングできます。
https://youtu.be/PoT0cReolRE
https://youtu.be/FEzjhXFNfF0
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Star-Hub
Star-Hubは、16台までのボード(M2pシリーズ)あるいは8台までのボード(M4iシリーズ)を同期動作させるためのモジュールです。
これで接続されたカードは、すべてのチャンネル間に位相差はありません。
また、接続されているカードはすべて、同じクロックおよび同じトリガで動作します。
カードは、マスターカードを含む、それぞれ内部に、同じ長さの小さなケーブルを持っているため、異なるカード間のクロック・スキューを最小化にします。
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M5i.63シリーズ:
SCAPPオプションを使用してCUDA GPUにダイレクトデータ転送可能
625 MS/s, 1.25 GS/s 16ビット任意波形発生器
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1 / 2 チャネル
帯域 2.5 GHz (10 GS/s, 5 GS/s) 1.5 GHz (3.2 GS/s )
出力電圧 ±1 mV ~ ±500m V (50 Ω負荷時)
±2 mV ~ ±1 V (ハイインピーダンス負荷時)
製品名 | Platform | Analog-Out | Digital-Out | Resolution | Sampling rate | Bandwidth |
---|---|---|---|---|---|---|
M5i.6357-x16 | PCI Experess Gen3x16 | 2 | 4 | 16 Bit | 10 GS/s (1 active channel) 5 GS/s(2 active channels) |
2.5 GHz |
M5i.6350-xq6 |
PCI Experess Gen3x16 | 1 | 4 | 16 Bit | 10 GS/s | 2.5 GHz |
M5i.6321-x16 | PCI Experess Gen3x16 | 2 |
4 |
16 Bit | 3.2 GS/s(1 active channel) 3.2 GS/s(2 active channels) |
1.5 GHz |
M5i.6320-x16 | PCI Experess Gen3x16 | 1 | 4 | 16 Bit | 3.2 GS/s(1 active channel) | 1.5 GHz |
M4i.96シリーズ
625MS/s 16ビット任意波形発生器
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製品名 | Platform | Analog-Out | Digital-Out | Resolution | Sampling rate | Bandwidth |
---|---|---|---|---|---|---|
M4i.9620-x8 | PCI Expresse | 1 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
M4i.9621-x8 | PCI Expresse | 2 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
M4i.9622-x8 | PCI Expresse | 4 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
M4x.96シリーズ
• 625 MS/s DAC 出力レートを備えた 1、2、または 4 チャネル
• DDS 周波数 DC 最大 200 MHz
• ネイティブ DDS コマンド: 周波数、振幅、位相、周波数、スロープ、振幅スロープ、トリガー待ち、デジタル出力
• DDS コマンドは 12.8 ns 間隔で発行可能
• PXIe 3U 形式、2 スロット幅
• 出力レベル ±80 mV ~ ±2.5 V (50 Ω) (高インピーダンス負荷では ±160 mV ~ ±5 V)
• 固定トリガーから出力までの遅延
• 512Mの DDS コマンドを格納できる大容量オンボード メモリ
• AND/OR 機能を備えた 2 つのトリガー入力/出力
• PXIe x4 Gen 2 インターフェース
• すべての PXIe および PXI ハイブリッド スロットで動作
• 最大 10 MDDS Commands/s
625MS/s 16ビット任意波形発生器
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• 625 MS/s DAC 出力レートを備えた 1、2、または 4 チャネル
• DDS 周波数 DC ~ 200 MHz
• 出力レベル ±80 mV ~ ±2.5 V (50 Ω) (高インピーダンス負荷では ±160 mV ~ ±5 V)
• 512Mの DDS コマンド用の大容量オンボード メモリ
• PXIe x4 Gen 2 インターフェース
• 50コア/カード
製品名 | Platform | Analog-Out | Digital-Out | Resolution | Sampling rate | Bandwidth |
---|---|---|---|---|---|---|
M4x.9621-x4 | PX Expresse | 2 |
3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
M4x.9622-x4 | PX Expresse | 4 |
3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
NETBOX 96シリーズ
625MS/s 16ビット任意波形発生器
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• 625 MS/s DAC 出力レートを備えた 1、2、または 4 チャネル
• DDS 周波数 DC ~ 200 MHz
• 出力レベル ±80 mV ~ ±2.5 V (50 Ω) (高インピーダンス負荷では ±160 mV ~ ±5 V)
• 4 チャネルあたり 512Mの DDS コマンドをオンボード メモリに搭載
• イーサネット リモート インストルメント、 LXI Core 2011 対応
• コア数
DN2.962-02 1×50コア
DN2.962-04 1×50コア
DN2.962-08 2x50コア
製品名 | Platform | Analog-Out | Digital-Out | Resolution | Sampling rate | Bandwidth |
---|---|---|---|---|---|---|
DN2.962-02 | Ethernet | 2 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
DN2.962-04 | Ethernet | 4 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
DN2.962-08 | Ethernet | 8 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
625MS/s 16ビット任意波形発生器
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• 625 MS/s DAC 出力レートを備えた 12、16、20、または 24 チャネル
• DDS 周波数 DC ~ 200 MHz
• 出力レベル ±80 mV ~ ±2.5 V (50 Ω) (高インピーダンス負荷では ±160 mV ~ ±5 V)
• 4 チャネルあたり 512Mの DDS コマンドをオンボード メモリに搭載
• イーサネット リモート インストルメント、 LXI Core 2011 対応
• コア数
DN6.962-12 3×50コア
DN6.962-16 4×50コア
DN2.962-20 5×50コア
DN2.962-20 6×50コア
製品名 | Platform | Analog-Out | Digital-Out | Resolution | Sampling rate | Bandwidth |
---|---|---|---|---|---|---|
DN6.962-12 | Ethernet | 12 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
DN6.962-16 | Ethernet | 16 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
DN6.962-20 | Ethernet | 20 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |
DN6.962-24 | Ethernet | 24 | 3 | 16 Bit | 625 MS/s | 200 MHz |