СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 Рис. 13. Внешний вид осциллографа Tektronix DPO77002SX 70 ГГц ATI наковой для обоих режимов полосе 33 ГГц. Шум канала «RealEdge» превы- шает шум стандартного канала при- мерно на 32%. Т ЕХНОЛОГИЯ АСИНХРОННОГО ЧЕРЕДОВАНИЯ ВО ВРЕМЕНИ Учитывая технические проблемы, связанные с частотным уплотнением, применяемым до сегодняшнего дня в осциллографах гигагерцевого диа- пазона, компания Tektronix предло- жила новый подход, который позволя- ет обойти некоторые недостатки DBI и достичь при этом той же расширен- ной полосы, но без применения новых АЦП. В методе асинхронного чере- дования во времени (ATI) в качестве гармонического смесителя исполь- зуется предварительный дискретиза- тор. Структурная схема асинхронно- го чередования во времени показана на рисунке 10. Первое, что отметит специалист, это симметрия сигнальных трактов. Здесь нет особенной разницы в задержке прохождения или сдвиге фазы между двумя трактами канала. Это упроща- ет последующие процессы цифровой реконструкции по сравнению с DBI, минимизируя погрешность в области перехода диапазонов. При использо- вании ATI на оба АЦП подаётся пол- ная полоса сигнала. При этом спек- тральная плотность мощности шума равномерно распределяется по общей частоте дискретизации, которая в два раза превышает частоту дискретиза- ции каждого АЦП. В результате общий шум в полосе пропускания получает- ся ниже, чем в аналогичной архитек- туре DBI. Поскольку гармоническое смеше- ние и дискретизация по времени, в сущности, являются одним и тем же, смеситель, показанный на струк- турной схеме ATI (см. рис. 10), мож- но заменить предварительным дис- кретизатором. Эта схема использует предварительный дискретизатор для субдискретизации входного сигнала, тем самым заворачивая спектр назад, в полосу Котельникова АЦП. Напри- мер, 70-гигагерцевую систему можно получить с помощью асинхронной тактовой частоты 75 ГГц. В результа- те верхняя половина сигнала 70 ГГц завернётся назад в диапазон от 0 до 37,5 ГГц. Затем результирующие дан- ные от предварительного дискретиза- тора оцифровываются АЦП с часто- той, независимой от частоты предва- рительной дискретизации, например, с частотой 100 Гвыб./с. Обратите вни- мание, что предварительный дискре- тизатор работает асинхронно с такто- вой частотой АЦП. На рисунке 11 пока- зан сигнал в каждом тракте канала ATI. На рисунке 12 показана более пол- ная структурная схема канала с асин- хронным чередованием во времени, а также показан спектр сигнала в клю- чевых точках. Как видно из рисунка, спектр поступает на предусилитель и проходит через разветвитель на предварительные дискретизаторы. Спектр на выходе предварительного дискретизатора содержит разностный спектр верхнего диапазона, завёрну- тый назад в нижний диапазон, а так- же сумму спектра нижнего диапазо- на, наложенного на верхний диапазон. Затем этот сложный спектр проходит через фильтр нижних частот, который подавляет верхний диапазон, а ниж- ний диапазон (включая завёрнутый назад верхний диапазон) пропуска- ет без изменений. Затем этот отфиль- трованный сигнал поступает на схе- му выборки и хранения и преобразу- ется АЦП. После преобразования и сохране- ния данных в памяти, исходный сиг- нал можно восстановить путём циф- рового смешения сигнала с помощью методов цифровой обработки. Здесь, в качестве входного сигнала цифро- вого смесителя вместо физическо- го асинхронного сигнала тактовой частоты, может использоваться мате- матическое представление этого сиг- нала, если принять меры к тому, что- бы фазы исходного аналогового асин- хронного сигнала тактовой частоты и его математического представления совпадали. Обратите внимание, что два пред- варительных дискретизатора рабо- тают в противофазе (со сдвигом на 180 ° ). Это важно для реконструкции сигнала. После цифрового смешения в процессе реконструкции цифровой сигнал содержит суммарный и раз- ностный спектр исходных захвачен- ных данных. Однако во время окон- чательного объединения этих сигна- лов, части спектра, сдвинутые по фазе на 180 ° , взаимно подавляются, и оста- ётся только исходный спектр, плюс часть суммарного спектра, которая подавляется фильтром нижних частот с частотой среза 75 ГГц. В результате остаётся только спектр сигнала от 0 до 70 ГГц, исходно поступившего на осциллограф. Последний этап объединения пред- ставляет собой сложение и деление на два. Эта функция приводит амплитуду входного сигнала к её исходному зна- чению, но влияет и на средний шум все- го захвата, снижая, тем самым, общий шум измерительного канала. П ЕРВАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ : DPO77002SX Производительный осциллограф Tektronix DPO77002SX 70 ГГц ATI (см. рис. 13) является первой серий- ной моделью, использующей техноло- гию ATI. Он предоставляет один канал с полосой пропускания 70 ГГц и часто- той дискретизации 200 Гвыб./с с техно- логией ATI, или два канала с полосой пропускания 33 ГГц и частотой дискре- тизации 100 Гвыб./с с обычным захва- том в режиме реального времени. В итоге метод ATI компании Tektronix обладает следующими достоинствами: ● позволяет воспользоваться имеющи- мися АЦП для обработки более высо- кочастотных сигналов; ● обеспечивает высочайшую точность преобразования сигнала; ● обладает минимальным уровнем шумов. Применение технологии 9HP SiGe BiCMOS компании IBM (с Ft = 300 ГГц) позволяет получить характеристи- ки сигнального тракта, обеспечива- ющие целевую полосу пропускания 70 ГГц для осциллографов следующе- го поколения. © СТА-ПРЕСС