Корзина пуста

  • +7 (495) 777-55-91

    ул. Плеханова 15А


Функциональные генераторы против генераторов сигналов произвольной формы на примере тестирования автомобильного Ethernet


Функциональные генераторы против генераторов сигналов произвольной формы на примере тестирования автомобильного Ethernet



Введение

Современные генераторы сигналов построены с использованием двух различных аппаратных архитектур, что приводит к различному пользовательскому интерфейсу, порождая два типа продуктов: функциональные генераторы сигналов, или AFG, и генераторы сигналов произвольной формы, или AWG.

Оба типа генераторов очень гибкие и одинаково популярны на рынке. Однако важно знать их различия, чтобы выбрать наиболее подходящее испытательное оборудование для конкретного применения, о чем мы поговорим в следующих параграфах. В качестве тестового примера мы рассмотрим характеристику приемника для быстрой последовательной шины, такой как Automotive Ethernet.

Генераторы сигналов прямого цифрового синтеза (DDS)

Прямой цифровой синтез, более известный как DDS, частоты.

Этот метод обычно используется в менее дорогих генераторах сигналов, гарантируя отличные результаты, но он имеет важное ограничение, связанное с использованием фиксированной частоты дискретизации.

Стоит помнить, что в функциональном генераторе желаемая пользовательская форма сигналов "строится" с помощью определенного количества выборок.

Схема функционального генератора с технологией DDS.
Рис. 1. Схема функционального генератора с технологией DDS.

Выходная частота генерируемого сигнала напрямую зависит от частоты опорного генератора и количества отсчетов, и вычисляется, как:

Выходная частота = Частота дискретизации / Количество отсчетов формы сигнала

На практике генератор типа DDS генерирует сигнал на определенной частоте. Данные для формирования сигнала берутся из памяти форм-сигналов генератора. При этом выборка осуществляется с частотой опорного генератора.

Генерирование этого же сигнала с более высокой частотой реализуется путём уменьшения количества используемых генератором DDS отсчетов, в результате чего фактически сгенерированный сигнал будет несколько менее точным.

Создание сигнала с более низкой частотой при фиксированной частоте дискретизации, достигается путём повтора DDS-генератором точек исходного сигнала.

Формирование сигналов подобным способом зачастую приводит к искажению желаемой формы, и не желателен в приложениях, где требуется формирование сложных форм сигналов.

В зависимости от частоты выходного сигнала могут исчезать некоторые нюансы в фактически сгенерированном сигнале. Что может привезти к увеличению джиттера, а в ряде случаев к полному искажению сигнала. Что для ряда задач является неприемлемым.

Одновременно с указанными недостатками данного способа генерации сигнала, метод DDS, довольно просто реализуем, что существенно снижает стоимость генераторов, а также позволяет быстро изменять частоту выходного сигнала, избегая скачков фазы, облегчая, например, создание сигналов с частотной разверткой в реальном времени даже на высокой скорости.

Генераторы сигналов истинной произвольной формы (True AWG)

Генераторы, которые в настоящее время называют генераторами сигналов произвольной “истинной” формы - имеют концептуально очень простой принцип работы. Как и в генераторах DDS используются схожие узлы формирования выходного сигнала. Отличительной особенностью от DDS генераторов является наличие опорного генератора с переменной частотой.

Генератор сигналов произвольной формы.
Рис. 2. Генератор сигналов произвольной формы.

Каждая точка дискретизированного представления формы сигнала хранится в памяти, которая последовательно считывается с помощью опорного тактового генератора с переменной частотой. Значения ячеек памяти, последовательно адресуемых тактовым сигналом, поступают на схему цифро-аналогового преобразования (ЦАП), за которой следует фильтр низких частот.

Поскольку количество отсчетов, используемых для описания генерируемой формы сигнала, фиксировано, для изменения его выходной частоты достаточно изменить частоту тактового генератора, что приведет к более быстрой пересылке отсчетов на ЦАП.

Таким образом частота выходного сигнала зависит только от частоты тактового генератора и количества выборок в памяти, описывающих форму сигнала, в соответствии с уже показанной выше зависимостью.

В отличие от генераторов типа DDS, генераторы сигналов с True Arbitrary Forms всегда используют отдельные отсчеты, описывающие форму сигнала, независимо от выходной частоты.

В результате желаемая форма сигнала всегда формируется с одинаковой точностью, независимо от частоты выходного сигнала. Точки никогда не пропускаются и не повторяются, поэтому даже мельчайшие детали, хранящиеся в образце сигнала, всегда воспроизводятся в выходном сигнале.

Таким образом, точность зависит только от дискретности описания сигнала и стабильности компонентов генератора, в то время как она по существу не зависит от выходной частоты генерируемого сигнала.

Точность, которая остается независимой от выходной частоты и сложности формы сигнала, является основным преимуществом генераторов True Arbitrary Forms перед генераторами функций прямого цифрового синтеза (DDS).

С другой стороны, выполнить развертку частоты генерируемого сигнала в реальном времени сложнее, поскольку все точки определения формы сигнала должны быть пересчитаны как функция частоты.

Плюсы и минусы генераторов сигналов DDS и True Arbitrary

Генераторы с технологией DDS

Генераторы с технологией True Arbitrary

Тактовый генератор с фиксированной частотой дискретизации

Тактовый генератор с переменной частотой дискретизации

Максимально удобно варьировать частоту

Менее удобно варьировать частоту

Менее подходит для идеального воспроизведения каждой детали формы сигнала

Идеально подходит для систематического воспроизведения каждой детали формы сигнала

Более высокие искажения для несинусоидальных форм сигнала

Более низкие искажения для несинусоидальных форм сигнала

Существуют приборы, которые позволяют использовать оба метода создания сигналов в одном устройстве, в зависимости от ваших конкретных потребностей.

Модели серии T3AWG3K компании Teledyne Test Tools являются примерами генераторов сигналов произвольной формы, которые объединяют в одном приборе режимы работы DDS и True Arbitrary.

В зависимости от требований конкретного приложения генератор переключается из одного режима в другой простым нажатием кнопки на передней панели.

Генератор сигналов произвольной формы T3AWG3358.
Рис. 3. Генератор сигналов произвольной формы T3AWG3358.

Пример тестирования приёмника Automotive Ethernet

Задача: Осуществить тестирование интерфейса Automotive Ethernet, 100 Base-T1 (скорость 66,667 Мбит/с, тип модуляций PAM3, номинальные напряжения: 1 В, 0 В, -1 В)

Для решения этой задачи необходимо не только осуществить функциональное тестирование работоспособности приёмника, но и выяснить, как будет реагировать приёмник на сигналы, имеющие разного рода искажения и шумы.

Для данного комплексного тестирования можно разработать собственный передатчик-генератор тестовых сигналов 100Base-T1, с внешней схемой, позволяющей вносить различные искажения сигнала. По сути решить обратную задачу. В современных реалиях, при которых высокие требования к срокам выполнения работ данный путь является нецелесообразным.

Идеальный сигнал PAM3 с двумя уровнями порога принятия решения.
Рис. 4. Идеальный сигнал PAM3 с двумя уровнями порога принятия решения.

Второй вариант – использовать генератор сигналов произвольной формы серии T3AWG3K. Данный генератор имеет удобный пользовательский интерфейс, возможность дистанционного управления и весьма внушительные возможности по формированию сигнала с заданными характеристиками. Простыми манипуляциями, практически “на лету”, инженер, исследователь может вносить искажения в формируемый сигнал, необходимые для тестирования приёмного устройства, такие как: джиттер, шум, неправильные уровни напряжения или другие виды дефектов.

Генераторы сигналов серии T3AWG3K также, как и АКИП-3421, АКИП-3426, АКИП-3427 (разработаны и производятся итальянской компанией Active Technologies) имеют встроенный редактор Waveform Editor. В этой среде можно создавать формы сигналов любого типа и сложности, комбинируя различные сегменты и компоненты. Сегменты соответствуют последовательным частям сигнала во временной области. Каждый сегмент сигнала, в свою очередь, может быть составлен из суперпозиции нескольких компонентов.

Идеальный сигнал PAM3 100Base-T1 создан с помощью программы Waveform Editor Utility.
Рис. 5. Идеальный сигнал PAM3 100Base-T1 создан с помощью программы Waveform Editor Utility.

Пример построения сигнала PAM3 для Automotive Ethernet

Для построения сигнала PAM3 для Automotive Ethernet будем использовать только один сегмент, который соберём, как сумму двух компонентов. В качестве первого компонента выберем из библиотеки программного обеспечения Waveform Editor псевдослучайную последовательность PRBS7. В качестве второго компонента - псевдослучайную последовательность PRBS8 (Рисунок 5). Сложение этих двух компонентов позволят получить идеальный сигнал PAM3, который мы будем использовать для тестирования нашего приёмника Automotive Ethernet.

Для продолжения тестирования и проверки работы нашего приёмника на наличие шума в принимаемом сигнале, продублируем созданную ранее форму идеального сигнала PAM3 и добавим в сегмент новый компонент. На этот раз из предопределенных сигналов, доступных в Waveform Editor, мы выберем белый шум. Установим уровень белого шума 100 мВ. В результате мы, путём простейших операций, получили зашумлённый тестовый сигнал (Рисунок 6).

PAM3 сигнал 100Base-T1 с добавленным шумом.
Рис. 6. PAM3 сигнал 100Base-T1 с добавленным шумом.
Последовательность сигналов PAM3 с возрастающим влиянием шума.
Рис. 7. Последовательность сигналов PAM3 с возрастающим влиянием шума.

Аналогичным способом можно проверить способность нашего приёмника работать при условии возрастания шума в канале. Для этого мы загружаем ранее созданные образцы сигнала, от идеального PAM3 (без добавления шума), а затем сигнал с возрастающим уровнем шума. Для каждой записи мы выбираем режим “бесконечного” повторения, с возможностью перехода к следующей форме сигнала по нажатию кнопки.

Сигнал PAM3 с нарастающим шумом полученный и проанализированный осциллографом.
Рис. 8. Сигнал PAM3 с нарастающим шумом полученный и проанализированный осциллографом.

Данная подготовительная процедура занимает не более трёх минут, однако полученный результат позволяет проводить объективные испытания. После перевода генератора в режим генерации сигнала, сначала на выходе мы получим сигнал PAM3, каждое нажатие клавиши на генераторе будет добавлять шум в формируемый сигнал, такого рода тестирование позволит оценить рабочие пределы тестируемого приёмника.

Аналогично методу добавления шума в сигнал, генератор T3AWG3K без особых сложностей позволяет вносить дополнительные искажения сигнала, например, изменять один или несколько символов, непосредственно воздействуя на их уровень напряжения, добавить джиттер, смещение напряжения, или создать тестовые сигналы с несколькими “дефектами”.

Большой объём памяти генератора T3AWG3K позволяет формировать сигналы любой сложности. Реализованная в генераторе возможность аппаратного смещения выходного сигнала, позволяет при любом смещении использовать все преимущества вертикального разрешения ЦАП (16 бит), даже в ситуациях, когда выходная линия имеет значительный дисбаланс.

Заключение

Как правило, любую измерительную задачу можно решить несколькими способами. В конечном итоге выбор способа решения остаётся за пользователем, однако специалисты нашей компании АО «ПриСТ» всегда готовы оказать помощь при выборе метода.

В ситуации, когда требуются стандартные формы сигналов, частота которых должна быстро изменяться, генератор прямого цифрового синтеза часто является наиболее удобным решением.

Однако, когда требуются более сложные и четкие сигналы, в которые необходимо добавлять разного рода искажения сигнала, как в случае отладки Automotive Ethernet - приемника, то наиболее удобным выбором будет генератор сигналов произвольной формы.

Если в вашей лаборатории есть генератор сигналов T3AWG3K, то это не проблема: прибор может работать в обоих режимах и гарантирует высокое вертикальное разрешение (16 бит), большой объем памяти (1 ГБ), высокую частоту дискретизации (1,2 ГВыб/с), синхронные цифровые каналы (до 32) и высокий динамический диапазон (±12 В) с дополнительным аппаратным смещением (±12 В).



Автор:  Алексей Мендеров
Дата публикации:  18.10.2021

Возврат к списку



У нас представлены товары лучших производителей

ПРИСТ предлагает оптимальные решения измерительных задач.

У нас вы можете купить осциллограф, источник питания, генератор сигналов, анализатор спектра, калибратор, мультиметр, токовые клещи, поверить средства измерения или откалибровать их. Также мы поставляем паяльно-ремонтное оборудование, антистатический инструмент, промышленную мебель. Мы имеем прямые контракты с крупнейшими мировыми производителями измерительного оборудования, благодаря этому можем подобрать то оборудование, которое решит Ваши задачи. Имея большой опыт, мы можем рекомендовать продукцию следующих торговых марок:


Внимание! Отсутствие ошибок и опечаток не гарантируется. В технические характеристики средств измерений неутвержденного типа производителем могут быть внесены изменения без предварительного уведомления. Соответствие важных параметров требует уточнения. Полные технические характеристики предоставляются по отдельному запросу. Нашли ошибку? Выделите мышкой и нажмите Ctrl+Enter.

Войти в личный кабинет

Заказать обратный звонок

Обратите внимание, все поля - обязательны для заполнения.
Обновить

Обратная связь

Обратите внимание, все поля - обязательны для заполнения.
Обновить