Vorteile von zwei Kanälen in Wellenformgeneratoren

Einleitung

Für viele Wellenformgeneratoranwendungen ist nur ein Single-Ended-Signal mit Bezug auf Masse erforderlich. In solchen Szenarien reicht ein Generator mit einem Ausgang aus. Viele andere Anwendungen sind jedoch mit einem zweikanaligen Gerät einfach besser bedient. Natürlich ist es möglich, unabhängige Einkanal-Einheiten zu synchronisieren, aber ein Zweikanal-Instrument bietet eine präzisere Synchronisation, da es von einem einzigen internen Abtasttakt aus betrieben wird. Dieses Dokument behandelt einige Anwendungen, die von der Verwendung eines Zweikanal-Wellenformgenerators profitieren.

Kanalsummierung

Zu den leistungsstärksten Funktionen eines Zweikanal-Wellenformgenerators gehört die Fähigkeit, die Ausgabe eines Kanals mit einem anderen zu kombinieren (Abbildung 1). Infolgedessen können zwei mit demselben Taktgeber synchronisierte Kanäle einen zusammengesetzten Ausgang erzeugen. Da die von jedem Kanal erzeugten Wellenformen unabhängig programmierbar sind, können sie zusammen verwendet werden, um mehrere Operationen auszuführen, von denen eine die Kanalsummierung ist. Benutzer können Signale von den beiden Kanälen des Generators kombinieren, indem sie einen einfachen BNC-T-Adapter verwenden.

Abbildung 1: In diesem Beispiel werden die Wellenformen M1 und M2 (im Speicher des Oszilloskops gespeichert) in Kurve F1 kombiniert, um die Summe ihrer Spitze-zu-Spitze-Werte anzuzeigen. Die Messungen erscheinen direkt unterhalb der Kurve F1

Zu den Vorteilen, die sich aus der Kanalsummierung ergeben, gehört der erweiterte Dynamikbereich. Durch Programmieren unterschiedlicher Verstärkungswerte auf den beiden summierten Kanälen kann der Generator große Signale mit kleinen Merkmalen erzeugen. Die mit dieser Technik erreichbare Programmierauflösung ist größer als die Auflösung eines einzelnen Kanals. Wenn die Ausgangsgrenze des DAC auf einem Kanal erreicht wurde, erhöht das Summieren dieses Kanals mit dem zweiten Kanal außerdem effektiv den Dynamikbereich.

Ein Beispiel finden Sie in der Tabelle:

In diesem Beispiel hat die Sinuswelle auf Ch1 einen 5-V-Schwung. Ein 10-MHz-Filter dient dazu, die scharfen Ecken in der Wellenform zu entfernen, die sich aus den diskreten DAC-Schritten in der programmierten Wellenform ergeben. Die auf Ch2 erzeugte Spitze ist 500-mal kleiner als die Sinuswelle, der sie überlagert ist. Aufgrund des Verhältnisses der programmierten Verstärkungen für die beiden Kanäle ist die Auflösung des Störimpulses so hoch wie die der Sinuswelle.

Eine weitere Verwendung der Kanalsummierung ist die einstellbare Merkmalsgröße. Im summierten Zweikanalmodus können Benutzer eine Wellenform auf Kanal 1 mit einer Anomalie auf Kanal 2 erzeugen (Abbildung 2). Durch Variieren der Verstärkung auf Ch2 kann man die Amplitude der Anomalie ändern, ohne die Amplitude der Wellenform von Ch1 zu ändern. Tatsächlich sind alle Parameter beider Kanäle im Handumdrehen flexibel, einschließlich Frequenz, Periode, Phase, Offset und mehr. Dies kann ein leistungsfähiges Werkzeug sein, um die Immunität verschiedener Schaltungen gegenüber unerwünschten Phänomenen, wie z. B. Empfindlichkeit gegenüber Unterschwingen, zu untersuchen.

Abbildung 2: Eine 1-MHz-Sinuswelle mit 6-V-pp-Amplitude wird mit einem 2-MHz-20-ns-Puls mit 4-V-pp-Amplitude kombiniert. Die Amplitude des Impulses ist relativ zur Sinuswelle unabhängig einstellbar

Denken Sie daran, dass die Kanalsummierung nur eine Möglichkeit ist, verschiedene Wellenformen zu erzeugen. Ein Instrument wie die WaveStation-Wellenformgeneratoren von Teledyne LeCroy bietet beliebige Wellenformfunktionen, wie z. B. das Zeichnen von Gleichungen oder die Punkt-für-Punkt-Anpassung von Abtastpunkten. Das Vorhandensein von zwei Kanälen bietet dem Benutzer jedoch einen größeren Dynamikbereich, was sehr nützlich für Anwendungen ist, bei denen ein kleines Signal auf großen Spannungsschwankungen reitet, wie beispielsweise der Ausgang eines Schaltnetzteils. Erwähnenswert ist auch, dass die Arbitrary-Waveform-Funktionalität zwar ein Segen für viele Anwendungen mit Nicht-Standard-Signalen ist, ein Signal, das mit zwei Kanälen und Kanalsummierung erstellt wird, jedoch eine größere Flexibilität bietet. Eine einmal im Speicher des Instruments gespeicherte willkürliche Wellenform wird in ihrer exakten Form wiederholt, es sei denn, der Benutzer ändert die Wellenform im Speicher.

Genaue Phasensteuerung

Dank der direkten digitalen Synthese von zweikanaligen Wellenformen auf Punkt-für-Punkt-Basis können Benutzer die Phasenbeziehung zwischen zwei Wellenformen präzise einstellen. Um zu verstehen, wie dies erreicht wird, stellen Sie sich die Oszillation einer Sinuswelle als einen Vektor vor, der sich um ein „Phasenrad“ dreht. Die Anzahl der diskreten Phasenpunkte im „Rad“ wird durch die Auflösung eines Phasenakkumulators festgelegt. Der Ausgang des Phasenakkumulators speist eine Phase-zu-Amplituden-Nachschlagetabelle, die wiederum einen DAC speist. Eine Wortlänge zur Phasenabstimmung von 14 Bit liefert eine Auflösung der Phasenverzögerungssteuerung von 0.022°.

Anwendungsbeispiel

Die Vorteile, die einem Zweikanal-Wellenformgenerator innewohnen, machen diese Instrumente ideal für viele Anwendungen. Denken Sie zum Beispiel an die Herausforderung, Radarempfänger zu simulieren. Typischerweise besteht der Ausgang eines Radarempfängers aus zwei Signalen: dem phasengleichen Basisbandsignal (oder I-Signal) und dem phasenverschobenen Basisbandsignal (oder Q-Signal). Der Wellenformgenerator wird verwendet, um ein solches Signalpaar zum Zweck des Testens und/oder Charakterisierens der digitalen Signalverarbeitungsschaltung zu erzeugen, die dem Empfänger selbst folgt. Mit dem Generator können Benutzer eine Vielzahl von Testsignalen erzeugen, die von gepulstem CW über mit Amplitudenmodulation geformte Impulse bis hin zu komplexen Bursts mit Frequenzmodulation und Sweeps reichen.

Die Erzeugung von Videosignalen ist eine weitere Anwendung, die von einem Zweikanal-Wellenformgenerator gut bedient wird. Auch wenn sich hochauflösende Fernsehstandards weiterentwickeln, erfordern Verbrauchervideotechnologien nicht standardmäßige Fernsehsignalformate, die viele Wellenformgeneratoren nicht erzeugen können. Ein Zweikanal-Wellenformgenerator kann die Hauptstruktur eines gegebenen Videosignals auf einem Kanal erzeugen, während Sync-Signale oder andere Informationen auf dem zweiten Kanal platziert werden.

Fazit

Warum einen Zweikanal-Wellenformgenerator in Betracht ziehen? Da beide Kanäle von einem einzigen internen Sampling-Takt angesteuert werden, ist die Synchronisation zwischen den beiden Kanälen viel präziser, als man es mit einem Paar Einkanal-Einheiten erreichen könnte. Die Möglichkeit, die Kanäle zu summieren, erweitert den Nutzen des Instruments erheblich. Das Hinzufügen einer hochgenauen Phasensteuerung der beiden Kanäle ist ein weiterer Vorteil.