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10GSPS的AWG和数字化卡

Spectrum Instrumentation，www.spectrum-instrumentation.com

Spectrum Instrumentation于22年3月推出的M5i系列是首款使用完整16通道（第3代）PCIe接口的PCIe数字化卡，实现了12.8GBytes/s的数据传输速率。次年，M5i.33xx数字化卡系列得到扩展，新机型提供10GSPS采样速度和4.7GHz带宽。Spectrum利用M5i平台设计了任意波形发生器(AWG)，可提供高达10GSPS的信号生成速度。今年9月推出的M5i.63xx系列可将AWG和数字化卡结合起来，速度可达10GSPS。这使得利用高效的商用现成部件和PC创建激励-响应系统和闭环设置成为可能。图1显示的是与现有12比特10GSPS数字化卡系列相同的M5i平台上的新型16比特10GSPS AWG。

图1：16比特10GSPS AWG（前）和12比特10GSPS数字化卡系列（后）。

新AWG卡系列

新型AWG能够产生带宽高达2.5GHz的波形，可将任何合适的PC变成功能强大的信号发生器。M5i.63xx系列共有四种型号。每个型号都具有超高带宽和匹配的DAC。因此，M5i.63xx系列AWG具有2.5和1.5GHz的带宽，可输出速率高达10、5或3.2GSPS的波形。所有单元均具有16比特垂直分辨率和±1V的可编程满量程输出范围（50Ω时为±500mV），或在差分模式下的两倍输出范围。这些功能的结合为波形速度、精度和质量提供了新的性能基准。

AWG基于M5i系列平台（该平台最初是为33xx数字化卡系列开发的），采用了成熟的设计技术。所有产品均配备2G采样板载内存（可选8G），并使用16通道第3代PCIe总线进行高速数据传输。该总线以每秒10GBytes的速度在板卡之间传输数据。需要时，数据甚至可以直接以先进先出（FIFO）模式流式传输到AWG进行重放，这一过程几乎可以产生无限的波形。

如果使用Spectrum的SCAPP驱动程序，M5i系列AWG和数字化卡可以直接将数据流传输到GPU或从GPU传输数据。波形可在单次或重复过程中重放，同时可使用多重重放模式输出多个波形段，从而优化内存效率。不同的重放模式还可与先进先出流相结合。一个简单的软件命令或触发事件即可启动波形重放。触发信号可通过两条外部触发线输入。图2显示了使用M5i.63xx AWG生成的模拟1GHz相位调制雷达脉冲（左上）。解调后的相位信息（左下）、脉冲频谱（右上）和频谱的水平扩展视图（右下）也清晰可见。

图2：M5i.63xx AWG生成的数据。

16个通道

单卡提供一个或两个输出通道。如果需要更多通道，可以使用公司专有的Star-Hub时钟和触发同步模块连接多个卡。Star-Hub允许连接多达8个M5i.63xx AWG卡，以创建多达16个完全同步通道的系统。每个通道由一个公共时钟驱动，并共享相同的触发器。使用Star-Hub同步M5i.63xx AWG，用户可以建立输出速率高达16×5GSPS或8×10GSPS的同步系统。图3显示了M5i Star-Hub模块，该模块通过共享一个采样时钟和触发源，最多可同步8个AWG或8个数字化卡。

图3：左侧卡上的M5i Star-Hub模块。

将AWG和数字化卡结合起来

对于需要AWG和数字化卡连接的激励-响应或闭环测试系统等应用，M5i.63xx AWG和M5i.33xx数字化卡可通过时钟和触发器直接连接实现同步。数字化卡和AWG具有3.2GSPS、5GSPS和10GSPS的匹配速度等级，便于集成。使用两个Star-Hub，其中一个可组合多达八个AWG，而另一个可连接多达八个数字化卡，用于通道为5GSPS的16T16R MIMO系统。AWG加数字化卡组合可用于多种动态测试应用，如确定宽带放大器或滤波器的频率特性，或测试电子元件和子组件在各种条件下的响应。

简单信号生成和控制

M5i卡完全可编程，可在Windows或LINUX操作系统下使用当今最流行、功能最强大的软件语言运行。M5i产品随附C++、Python、VB.NET、C#、Julia、Java和IVI的SDK。此外，还为第三方软件LabVIEW和MATLAB提供了驱动程序。

测试系统集成和混合模式运行

高水平的连接性使这些卡可以轻松集成到几乎所有的自动测试系统中。信号输出以及时钟和触发输入可通过前面板的SMA连接器连接。前面板有四个用于多功能I/O的SMA连接器，可用于异步数字I/O、时间戳参考时钟输入、同步数字输出、触发输出、状态标记或系统时钟等任务。

将多用途I/O线路转换为数字输出，可为AWG增加四个同步输出通道。这样，单个AWG卡就可以全速并行产生多达两个模拟输出和四个数字输出，这在与其他设备连接进行实验控制或OEM项目时非常有用。

数字脉冲发生器选件

M5i.63xx AWG卡和M5i.33xx数字化仪卡具有内置数字脉冲发生器(DPG)功能。该固件选件使用多用途输出连接器提供四个内部独立数字脉冲发生器。每个数字脉冲发生器都可对占空比、输出频率、延迟和循环次数进行编程。数字脉冲发生器可以由软件或硬件触发，也可以相互触发，从而可以创建复杂的脉冲方案来驱动外部设备或实验。根据型号的不同，最快的卡可以产生速率高达312.5MSPS或3.2ns的数字脉冲。