一种任意波形发生器幅度校准时校准频点选取方法

2021-02-10滕友伟

电子产品世界 2021年6期

摘要：相比普通信号发生器，任意波形发生器在通道数、可扩展性、波形输出灵活性等方面极具优势，是信号发生领域一个重要方向。目前任意波形发生器已广泛应用于常规信号发生器、芯片电路测试、量子通信测试和复杂电磁环境再现等领域。本文介绍一种任意波形发生器输出幅度校准时校准频率点选取方法，该方法充分考虑到不同模拟通道状态频率相应的差异性，动态实现校准频率位置选取，提升校准数据准确度。

关键词：任意波形发生器；差异性；扫描；校准；频率响应

*本论文受到国家重大科学仪器专项计划项目（项目编号：2017YFF0106600）以及装备预研领域基金重点项目（项目编号：61400030201）的资助。

0 引言

任意波形发生器本质上是一个为复杂波形和信号输出提供输出的硬件平台[1]。用户可以将自己编辑的任意感兴趣的波形数据或者通过信号采集分析设备得到的信号数据通过高速数据总线下载到任意波形发生器高速DDR存储器中暂存。任意波形发生器通过一定采样速率读取波形数据并送入高性能DAC前端，经过数模转换、信号调理、模拟放大/衰减电路后输出中频或者射频信号[2]。

任意波形发生器的关键性能指标，如采样率范围、数据分辨率和模拟输出带宽，均取决于DAC芯片的性能指标，信号输出幅度范围则主要由模拟放大电路决定。任意波形发生器多通道特征对信号同步和幅度精确控制提出了更高的要求，所以输出幅度校准方案是其关键技术之一。

1 常用幅度校准

任意波形发生器输出幅度范围主要受DAC芯片有效位数、DAC芯片电流调节范围（本任意波形发生器选用ADI公司AD9162高性能数模转换芯片，输出调节范围可达13 dB）、模拟电路对信号放大或衰减能力等控制，通常情况下DAC芯片有效位数是固定的，可以灵活调节的就是DAC电流和模拟通道中的放大器/衰减器状态，本文统称为幅度输出控制参数，简称控制参数。幅度校准时，任意波形发生器控制参数变化会改变输出信号的幅度，任意波形發生器通过远程连接（通常使用高速网口）读取接收机信号输出幅度，通过对比存取有效校准数据到硬盘文件。下次仪器启动后将校准数据读取，参与幅度计算和控制[3-5]。

校准时间主要取决于3个方面：

1）模拟通道硬件电路通道状态，即放大器、可控衰减器状态数；

2）校准点数量，包括频率校准点和幅度校准点；

3）接收机响应速度。

在模拟通道固定的情况下，如何在选取较少校准频点的同时满足任意波形发生器控制精度的要求是本方法所要解决的问题。

在硬件电路不变的条件下，选用相对较少的校准点，达到准确控制信号输出是本文所要讨论的重点。

5）返回步骤1直到遍历所有的通道状态。

图3所示是某通道状态下，输出频率50 MHz的校准数据，第1列为选取的校准幅度点，第2列为DAC电流控制参数，第3列为误差标识，即误差范围超过阈值时为0，反之则为1。

2 改进幅度校准

常用的幅度校准方法中校准频率点的选取存在一定的随意性，没有考虑到硬件电路频率响应特性，也没有考虑到任意波形发生器不同输出通道之间的差异，且自适应能力较差。

当任意波形发生器模拟通道频率响应曲线非常平坦，或者呈现较好的线性关系时，常用的人为等间隔选取校准频率点方法也能较为真实地反应硬件实际输出情况。但由于任意波形发生器应用越来越广泛，在很多领域已经完成对通频段矢量信号发生器、函数信号发生器的替代，使模拟通道越来越复杂，这就使模拟通道输出频率响应也更加复杂，再加上制造工艺及其他不可控因素，通道真实品相往往如图4中左图所示，存在很多“峰点”和“谷点”，且起伏不定。普通方法校准数据误差如图5右下部分所示，其阴影面积即反应校准误差大小。