DG70004 mit veränderbarem Neigungswinkel am Hauptdisplay

DG70004 mit veränderbarem Neigungswinkel am Hauptdisplay. (Bild: Rigol)

Die Frage nach dem richtigen Messgerät ist meist nicht so schwer, wenn es nur um die Analyse geht. Ob Oszilloskop, Multimeter oder Spektrum-Analysator, die Entwickler und Anwender erwarten ein Resultat auf dem Display und erhalten das bei dieser Art von Messtechnik auf eine sehr schnelle komfortable Weise. Anders sieht es auf der Generatorseite aus. Hier muss erst einmal ein Gefühl entwickelt werden, was mit welcher Performance und Leistungsstärke benötigt wird. Der Bedarf kann von einem simplen niedrigfrequenten Signal bis zu einem hochkomplexen breitbandigen und digital modulierten Signal reichen. Ebenso muss sich auch erst ein Gefühl für den richtigen Pegel entwickeln, um zu vermeiden, dass das Entwicklungsobjekt ungewollt zerstört wird. Es werden hierbei unterschiedliche Generatorvarianten angeboten, die die Auswahl erschweren. Jeder Generatortyp, ob HF-, Arbiträr- oder Funktionsgenerator, hat dabei seine jeweiligen Vorteile, aber auch Nachteile. Rigol hat mit seinem Modell DG70004 ein Gerät auf den Markt gebracht, dass alle Generatortypen vereint, wodurch die Frage nicht mehr auftritt. Dieser Generator zählt zu Rigols StationMax-Reihe, zu der auch das 3- oder 5-GHz-Oszilloskop der Serie DS70000 zählt.

Überblick: StationMax von Rigol

Mit dem DG70004 kombiniert Rigol verschiedene Generatoren in nur einem Gerät, wodurch Entwickler mit einem Gerät mehrere Anwendungen abdecken können. Der Generator basiert auf der SIFI-III-Plattform und arbeitet mit einem Android-Betriebssystem. Zudem verfügt er über vier Eingänge die sich präzise und schnell synchronisieren lassen. Darüber hinaus bietet der DG70004 noch eine Vielzahl weiterer Features, die hier im Text erklärt werden.

Der Generator DG70004 verfügt über vier unabhängige Kanäle und basiert auf der neuen SIFI-III-Plattform. Er arbeitet mit dem Android-Betriebssystem und besteht aus einem Einheitsgenerator (Waveform Generator Unit; WGU), was einer Kombination aus einem Wellenform-Generator und einem arbiträren Funktions-Generator entspricht. Die Verarbeitung erfolgt mit einer Signalprozess-Einheit (Signal Processing Unit; SPU), bei der sich die Abtastrate je nach Funktion einstellen und kontrollieren lässt. Dabei wird das Signal entweder als reale arbiträre Wellenform oder als IQ-moduliertes Basisband erzeugt und bei der eingestellten Frequenz bis 5 GHz ausgegeben. Der arbiträre Funktionsgenerator arbeitet mit der direkten digitalen Synthese (DDS), bei der das Ausgangssignal durch direkte digitale Frequenzsynthese aus einer stabilen Referenz (Oszillator) phasenstabil gewonnen wird. Hierbei erzeugt eine digitale 16-Bit-Sequenz über einen Digital/analog(DA)-Wandler das Signal. Die Sequenzen, zum Beispiel für ein Sinussignal, sind als Tabelle hinterlegt. Die Referenz ist dabei mit 10 MHz festgesetzt und bildet unter anderem den Takt für den DA-Wandler. Teiler und Vervielfacher erzeugen anhand der Referenz weitere Frequenzen, die jede für sich als Referenz für weitere einstellbare Vervielfacher-Schleifen dient. Diese Vervielfacher-Schleifen erstellen weitere Grob- und Feinreferenzen. Die Frequenzen werden mit der Auflösung der Feinfrequenzen ausgegeben. Der DA-Wandler setzt die digitalen Werte in analoge Spannungswerte um, die dann einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) zugeführt werden. Die Frequenzauflösung der Feinfrequenz hängt hierbei vom eingesetzten Mikroprozessor ab. Die Fein- und Grobreferenzfrequenzen werden je nach Wunschfrequenz mit der VCO-Frequenz aufaddiert und der Ausgangsbaugruppe zugeführt. Der Takt der Abtastrate lässt sich von 2,5 bis 6 GHz und zwischen +2 dBm und +8 dBm ausgeben.

Das DG70004 ist so konzipiert, dass es sich zukünftig in mehreren Entwicklungsschritten erweitern lässt, ohne dass ein Austausch der Hardware notwendig ist. Zum Beispiel sollen in einem zukünftigen Entwicklungszyklus wesentliche Zusatzfunktionen eines Funktionsgenerators hinzukommen und die Synchronisationsfähigkeit von einer noch höheren Kanalanzahl mit mehreren DG70004 ausgebaut werden, um eine Multikanallösung etwa für Qubit-Anwendungen zu realisieren.

Signaldarstellung mit sehr hoher Auflösung, um kleinste Signalartefakte zu erzeugen
Bild 1: Signaldarstellung mit sehr hoher Auflösung, um kleinste Signalartefakte zu erzeugen. (Bild: Rigol)

Neben der DDS-Technologie nutzt die integrierte Plattform SIFI III auch eine Signalgeneration mit einer variablen Abtastrate für die Ausgabe der beliebigen Wellenformen. Sobald bei dieser Ausgabeform die Abtastrate geändert wird, ändert sich die Periode und Zeiteinheit des Signals, ohne dass sich die Kurvencharakteristik ändert, da die Anzahl der Abtastwerte gleichbleibt. Durch diese Maßnahme lassen sich beliebige Wellenformcharakteristiken mit einer deutlich verbesserten Qualität mit weniger unerwünschten Signalverzerrungen und besserer Jitter-Qualität erzeugen. Es können ARB-Signale bis zu 1,5 Gigapunkte/Kanal und einer Abtastrate von 5 GSa/s und interpoliert bis zu 10 GSa/s für reelle Signalerzeugung (siehe Bild 1) und bis zu 12 GSa/sek. erzeugt werden. Nicht nur zeitlich lassen sich sehr lange und hochgenaue Signale erzeugen, sondern auch in der Amplitude, da die vertikale Auflösung 16 Bit beträgt.

Durch den 15,6“ (39,6 cm) großen Touch-Bildschirm sind alle Signalkomponenten sehr einfach und gut visuell dargestellt, damit der Anwender weiß, welche Informationen an dem Generator ausgegeben werden. Diesen kann man bei Bedarf mit einem automatisch einstellbaren Neigungswinkel auf die gewünschte Position abändern. Auf dem Hauptdisplay sind mehrere Fenster gleichzeitig darstellbar, falls unterschiedliche Funktionen bei den jeweiligen Kanälen ausgegeben werden. Neben dem Hauptbildschirm ist ein kleinerer 3,5-Zoll-Touch-Screen angebracht, um die Bedienung neben den traditionellen Tasten zu erleichtern (siehe Bild 2).

Jeder der vier TX-Ausgänge besteht aus einem AC-Ausgang und je einem positiven und einem negativen DC-Ausgang, die über einen SMA-Anschluss an das Messobjekt angeschlossen werden können. Der AC-Ausgang besteht aus einem Einzelausgang, bei dem das Signal in dBm ausgegeben wird. Die analoge Bandbreite kann an diesem Ausgang von 10 MHz bis 5 GHz betragen. Über die DC-Ausgänge kann man zum einen differenzielle Signale und zum anderen jeweils das positive oder das negative DC-Signal in Volt ausgeben. Zusätzlich lässt sich das Gerät bei den DC-Ausgängen zwischen einem verstärkten Signal DC_Amp oder einem Signal mit einer hohen Bandbreite DC_HBW schalten. Als Beispiel liegt die maximale analoge Bandbreite von 3 dB bei DC_Amp bei 1,3 GHz (6 dB: 2,6 GHz) und bei DC_HBW bei 2 GHz (6 dB: 4 GHz). Die maximale Amplitude liegt bei DC_Amp allerdings bei 1000 mVpp (differenziell: 2000 mVpp) und bei DC_HBW bei 700 mVpp (differenziell bei 1400 mVpp). Die hohe Bandbreite ermöglicht bei diesem Gerät auch eine kurze Anstiegs-/Abfallzeit von <110 ps und eine Generierung von sehr schnellen Bitraten bis zu 1,25 Gbit/s. Somit lassen sich Hochgeschwindigkeitsdaten oder Pulse erzeugen, die sich auch für sehr schnelle Taktsignale eignen.

Hochgenaue Synchronisation der Ausgangskanäle von maximal 10 ps
Bild 2: Hochgenaue Synchronisation der Ausgangskanäle von maximal 10 ps. (Bild: Rigol)

Die vier Kanäle lassen sich beim DG70004 mit einer minimalen Zeitabweichung von 10 ps äußerst präzise synchronisieren (siehe Bild 3). Allerdings ist es auch möglich, das Gerät mit weiteren DG70004 auf eine Kanalanzahl von bis zu 224 Kanälen zu synchronisieren. Damit können Entwickler auch Hochgeschwindigkeits-Signale für eine sehr hohe Kanalanzahl umsetzen.

Die hohe Auflösung bietet dem Anwender die Möglichkeit, das gewünschte Signal in sehr feinen Auflösungsabstufungen auszugeben. Wenn als Beispiel ein Signal mit 10 Vpp ausgegeben wird, dann wird dieser Spannungswert in 65.536 Stufen unterteilt, was einer Auflösung von 152 µV entspricht. Durch die feine Abstufung wird aber nicht nur die vertikale Auflösung erhöht, sondern es lassen sich auch bezogen auf die Geschwindigkeit mehr Werte in kürzerer Zeit abändern als es zum Beispiel bei einem 14-Bit-Generator der Fall wäre. Der DG70004-Generator hat die Möglichkeit, auf der Rückseite pro Kanal zwei Marker-Signale auszugeben. Auf der einen Seite reduziert sich die Auflösung pro aktivierten Marker um ein Bit, aber auf der anderen Seite ist ein Marker ein sehr nützliches Werkzeug. Die Marker-Ausgänge können digitale Pulse, d.h. die logischen Zustände „0“ und „1“ pro einzelnen Abtastwert ausgeben, um zum Beispiel ein anderes Gerät zu einem speziellen Zeitpunkt des Ausgangssignals zu triggern. Der minimale Offsetabstand zwischen Marker 1 und Marker 2 beträgt 2 ns.

Arbiträre-, Inphase-, Quadratur-, IQ- und Standardsignale können auch in Kombination über eine Sequenz ausgegeben werden. Hier lassen sich also einzelne Sequenzen mit unterschiedlichen Wellenformen belegen oder Untersequenzen erstellen, die wiederum auch unterschiedliche Wellenformen beinhalten. Die oben beschriebenen Marker lassen sich auch auf einzelne Sequenzen legen. Die komplette Sequenz können Entwickler falls notwendig auch mit unterschiedlichen Trigger-Methoden auslösen. Diese Methode eignet sich gut, um in integrierte Schaltungen komplexe Signalformen nach Bedarf und mit dem benötigten Timing einzuspeisen. So kann das Gerät über 16.000 Sequenzen oder über 16.000 Untersequenzen erzeugen. Entwickler können neben einer kontinuierlichen Ausgabe auch die Ausgabe der Sequenzen zwischen 1 und über 209.000 Wiederholungen einstellen. Auf der Rückseite des Gerätes ist ein Signalpattern-Eingang integriert, wo sich bis zu 8 Bit eingeben lassen. Mit diesen 8 Bit lassen sich bis zu 256 bestimmte Positionen in der Sequenz belegen, um ein vielseitiges Sequenzsprungverfahren mit einem externen digitalen 8-Bit-Pattern umzusetzen. Durch den großen Bildschirm ist eine Darstellung über das Sequenzinterface möglich, um die Einstellung schnell, einfach und mit einer guten Übersicht umzusetzen.

Hochgenaue Signalerzeugung mit einem SFDR von über -70 dBc
Bild 3: Hochgenaue Signalerzeugung mit einem SFDR von über -70 dBc (Bild: Rigol)

Um einen Empfänger als Ganzes oder um dessen Einzelkomponenten zu testen, ist es notwendig, das zu empfangende Signal einwandfrei nachzustellen. Hier wird eine besondere Flexibilität eingefordert, da neben der komplexen digitalen Modulation die Übertragung auch immer breitbandiger wird. Das DG70004 bietet die Möglichkeit, IQ-Basisband-Bandbreiten bis zu 1,5 GHz zu erzeugen und eine digitale Aufwärtswandlung von analogen IQ-Basisbanddaten auf einen gewünschten Träger zu realisieren. Für den Test eines Senders ist es wichtig, ein hochgenaues Signal mit einem sehr hohen störungsfreien Dynamikbereich (Spurious-Free-Dynamic-Range [SFDR]) zu erzeugen, um unerwünschte Effekte bei der Empfängereinheit zu vermeiden und den Sender nach realen Gegebenheiten zu testen. Die SFDR liegt bei dem DG70004 bei -70 dBc (siehe Bild 4) und wird durch die sehr hohe Anzahl an Abtastpunkten mit bis zu 1,5 Gigapunkten erreicht, was auch dazu führt, dass sehr lange Basisbandsignale über eine gewisse Zeitdauer erzeugt werden können. Auch IQ-Signale kann man mit dem Sequenzer nach Wunsch aufteilen und triggern, um solche Baugruppen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit unterschiedlichen Signalprofilen zu testen. Bei der Verwendung des Sequenzers und des Sequenzsprungverfahrens kann zum Beispiel ein sehr schnelles Frequenzsprungverfahren mit modulierten Signalen über einen breitbandigen Bereich erzeugt werden, wie es zum Beispiel bei Bluetooth im ISM-Band von ETWA 2,4 GHz und 2,5 GHz vorkommt.

Entwickler können das IQ-Signal dabei entsprechend gestalten. Auch auf der Seite des Transmitters lassen sich Komponententests durchführen. Hier können etwa der Inphase- und der Quadraturpfad nach den jeweiligen Komponenten in den analogen I- und Q-Eingang des Generators eingespeist und auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert werden. Diese lässt sich gut mit dem Spektrum-Analysator gut vermessen. Jeweilige negative Einflüsse der Baugruppen können Entwickler so schnell entdeckten und beseitigen. Ebenso ist es möglich, von Anwendern erstellte csv-Dateien zu importieren.

Für die schnelle Datenübertragung zum PC sind eine USB-3.0-High-Speed-Schnittstelle und eine Ethernet-Schnittstelle integriert. Falls eine Remotesteuerung benötigt wird, kann man das Gerät auch über Web-Control bedienen. Für den Anschluss eines externen Monitors oder eines Beamers für Präsentationszwecke wurde eine HDMI-Schnittstelle integriert.

Durch seine Vielseitigkeit lässt sich der Generator in zahlreichen industriellen Anwendungen wie der Quantum-Computing-Technologie aber auch in der Forschung und Entwicklung sowie im Ausbildungs-Bereich einsetzen. (prm)

Boris Adlung

Sales Manager bei Rigol

Sie möchten gerne weiterlesen?

Registrieren Sie sich jetzt kostenlos:

Bleiben Sie stets zu allen wichtigen Themen und Trends informiert.
Das Passwort muss mindestens acht Zeichen lang sein.
*

Ich habe die AGB, die Hinweise zum Widerrufsrecht und zum Datenschutz gelesen und akzeptiere diese.

Mit der Registrierung akzeptiere ich die Nutzungsbedingungen der Portale im Industrie-Medien-Netzwerks. Die Datenschutzerklärung habe ich zur Kenntnis genommen.

Sie sind bereits registriert?