了解复杂测试环境中的信号生成器

在现代电子学中,测试很少涉及单一的孤立信号源. System-on-chip(SoC),无线通信模块,雷达阵列,以及混合信号设备都依赖于多个同时刺激,在现实条件下验证性能. 单通道和多通道信号生成器之间的选择因此是直接影响测量忠诚度,开发速度,以及预算分配的决定. 本条研究了两种架构之间的技术和实际差异,为工程师提供了匹配生成器能力测试复杂性的框架.

信号通道在测试复杂度中的作用

信号生成通道不仅仅是简单的输出;它包含完整的信号链:波形生成引擎,调制,频率合成,振幅控制,以及输出电路. 独立通道的数量定义了可以同时生成多少同步或任意信号. 单通道生成通道是内在的顺序,而多通道仪器可以模仿现代设备实际运行的多信号环境.

单渠道发电机:简洁和局限性

单通道信号发电机是基本板凳测试的操作马,它们通常成本较低,编程容易,而且要求校准的间接费用较少。

  • 验证低通滤波器的频率响应
  • 说明单一操作放大器的增益阶段
  • 将已知的刺激注入微控制器的 ADC 输入
  • 在一个频率测试一个简单的接收器的灵敏度

然而,当测试需要相和信号时,调制时,或者[]互断 刺激-响应扫射]时,单通道生成器迅速达到其极限,例如,测量一个MOMO收发器中两个天线之间的隔离需要同时传输两个独立但相锁的信号. 单通道单元只能依次进行这种测量,由于温度或功率变化,可能错过相互耦合切换等动态相互作用.

多通道生成器:同步和可扩展性

多通道信号生成器提供两到几十个同步输出,每个输出都能够产生不同的波形. 关键技术区别是信道之间的相位一致性:所有输出都来自一个共同的参考时钟,并且经常共享局部振荡信号,因此其相对相位保持不变,可以预测. 这种能力对于:

  • 模拟每个元素独立相位移的相位阵列雷达束
  • 测试带铁路对铁路信号的差分线驱动器
  • 在无线信道模拟器中模拟多路径淡出
  • 生成用于矢量调制分析的四段(I/Q)基带信号

现代多通道生成器也支持通道对通道的skew调整[ 下至皮科秒分辨率,使得混合信号应用中能够精确地计时,如同时取样多个ADC.

选择信号生成器时的关键考虑因素

除了信道计数,还有几个技术参数决定一个生成器是否适合特定的复杂测试. 以下各小节概述了最关键的因素.

阶段一致性和时间准确性

对于涉及多种输入的测试——类似线性测量需要单独RF和LO信号的上置搅拌器——信道之间的相位一致性直接影响到调制产品的准确性. 非相位发生器引入随机相位漂移,在测量频谱中显示为噪音. 多通道发生器具有[ 共享参考 [ 和] 合成器锁定消除这种漂移. 根据Keysight Technologs的应用说明,微波频率在±1°范围内保持相位一致性只有多通道结构共享一个局部振荡器链](Keysight应用说明5992-3788EN)].

带宽和频率范围

单通道生成器经常提供每个通道的宽频,因为它们可以将所有内部资源(DAC采样率,内存深度,输出放大器)都用于一个信号路径. 多通道仪器必须共享这些资源,有时会降低每个通道的最大带宽. 例如,一个四通道的40 GHz生成器在全部四个通道都运行时,每个通道的输出可能只有20 GHz. 工程师必须验证一个多通道单元的每通道带宽满足其测试的Nyquist和谐调要求.

运动能力和任意波形

现代测试程序要求的不仅仅是纯正波。 任意波形生成、 IQ调制[,以及[ 习惯脉冲形状[是常见的要求。在单通道生成器中,特设工作组的内存完全适用于一个波形,允许更长的回放时间或更高的采样率。在多渠道单位中,波形内存要么跨越信道(限制复杂性),要么重复(增加成本)。Rohde & Schwarz的2023号白皮书强调指出,每个信道具有独立内存飞机的多渠道的特设工作组对于在EMC前遵守测试中模拟真实世界的干扰模式至关重要。(Rohde & Schwarz White Paper on Mult-Channel SWG)[FLT]。

费用与试验要求

高端单通道发电机的成本可能高达可比的四通道单元的一半,但总的拥有成本包括测试时间和测量不确定性。 如果多通道发电机与多通道单元的多通道安装可以进行多信号测试,那么劳动力和设备故障时间的节省往往证明溢价是合理的。 此外,一些多通道设计提供了模块架构[,允许购买通道在保留升级路径的同时逐步减少前期投资。

实际试验设想

为了说明权衡,考虑四个有代表性的测试案例。

简单组件字符化

测试单个导管的自共振频率只需要一次正弦扫射。连接到网络分析器的单通道生成器就足够了。 多通道能力在这里没有增加值[ ; 使用它会浪费资源。 座机技术人员应该保持一个可靠的单通道单位,用于这种日常任务。

混合信号和系统对接芯片测试

SoC通常包括多个时钟,ADC,DAC,以及数字界面. 在现实条件下验证整个芯片需要同时应用一个系统时钟,调制RF输入,以及一个基带数字刺激. 多通道信号生成器,具有同步的模拟和数字输出(通常通过数字模式的生成器伴机) 能够 综合描述对交叉说话,供电噪声耦合,以及一个设置的计时边距. Tektronix关于混合信号调试的应用说明强调多通道源可以降低断断续相关故障的风险(Tektronix混合调试应用说明).

雷达和通信系统测试

相位阵列雷达系统需要独立的相位和振幅控制每个天线元件。一个多通道的相位一致性优于1°的多通道发电机可以在系统集成一级模拟光束向导和多目标情景。同样,测试5G NR基站接收器处理多用户干扰的能力需要多个同步信号,并有确定的延迟分布。在这种情况下,单通道发电机根本行不通;只有多通道解决方案才能提供所需的空间和时间多样性[。

电磁兼容性测试

进行IEC 61000-4-6的免疫测试需要同时将AM调制干扰注射到多个电缆盾上. 虽然单通道发电机可以与外部结合的网络使用,但交叉对讲机和电源匹配的问题会超过100兆赫. 多通道发电机每通道电源监测器简化安装,提高重复性. Analog设备在EMC测试源上的应用说明指出,单通道结构的输出阶段会减少地面环路问题[ (关于EMC测试源的Analog设备技术条款).

新出现的趋势:软件界定仪器和模块平台

单通道和多通道生成器之间的线条随着[]软件定义的仪器和模块PXI/LXI平台的出现而模糊不清。在这些系统中,通道数由插件模块数所定义,每个模块可能独立运行或同步运行,每个模块通过高速后机运行。工程师可以先用单通道模块,然后增加更多通道,而不丢弃现有设备。这种方法提供了灵活性,但需要谨慎关注同步基础设施——模块必须共享一个共同的参考时钟和触发分布。根据国家仪器(现为Emerson的一部分)的辅导,后机的skew不确定性可以限制相距超过10GHz(NI PXI同步导线导线)。

结论

单通道和多通道信号发电机的选择并不是二进制决定,而是测试复杂度、测量忠诚度和预算所定义的频谱。对于孤立的低频组件测试,单通道发电机仍然是最具成本效益的解决办法。 然而,由于测试情景涉及多种相互依存的信号——无论是在SoC验证、雷达系统集成,还是EMC合规性——多通道发电机,其相容性、独立内存和时间调整成为必不可少的工具。工程师不仅应评价当前的测试需求,而且还应评价预期的系统层面需求,以避免测试能力投资不足。 通过理解本文概述的建筑权衡,测试工程师可以自信地选择一个信号生成架构,加速开发,减少复杂电子设计中的不确定性。