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新型PCIe数字化仪具备10GSPS采样率和12比特分辨率

Spectrum Instrumentation GmbH，www.spectrum-instrumentation.com

Spectrum Instrumentation的两个新型PCIe数字化仪插卡实现了10 GSPS采样率、12比特垂直分辨率和12.8 Gbps数据流。这些卡拥有公司历史上最高的采样率和带宽，为处理当今最具挑战性的GHz电子信号提供了一个强大的软件包。单通道M5i.3350-x16和双通道M5i.3357-x16具有超过3GHz带宽的前端电路和高达16Gb（8GSamples）的板载内存。它们还达到了市场上PCIe上最快的数字化仪数据传输速度。使用16通道的第3代PCIe技术，数据能以12.8Gbps的速度在总线上传输。数据可以被发送到PC内存或者直接发送到CPU和基于CUDA的GPU进行定制的信号处理和分析。

凭借12比特的分辨率，这些数字化仪提供了比大多数传统测试仪器更高的动态范围。例如，它们比许多数字示波器的分辨率高16倍，后者通常使用8比特模数转换器。更高的分辨率使测量具有更高的信噪比（SNR），并提高了准确性和精度。

前端电路提供可编程的满量程，从±200 mV到±2.5 V，同时还有可变的偏移。采集可以在单次或多次波形记录模式下进行。为了帮助捕捉最难以捉摸的信号，有一系列的触发模式可用于通道或外部触发输入。这些模式包括传统的边沿触发，以及更复杂的方法，如窗口、重臂（Re-Arm）、或/与（逻辑）、软件和延迟。将卡安装到一个合适的PCIe插槽中，几乎可以将任何PC变成一个强大的测量工具。这为使用最新的CPU和GPU硬件进行信号处理和分析打开了大门。

新卡有五年保修期，以及在运行Windows或Linux操作系统的PC上使用它们所需的所有工具。公司还提供了一个软件开发工具包，因此这些卡可以用几乎所有流行的语言进行编程，包括C、C++、C#、Delphi、VB.NET、J#、Python、Julia、Java、LabVIEW和MATLAB。另外，公司还提供SBench 6 Professional。这个强大的测量软件提供全卡控制，以及大量的数据显示、分析、存储和记录功能。

一个低成本的选项，M5i.33xx-spavg，可用于使用板载FPGA技术进行求和平均。平均化可以减少不必要的信号噪声，同时提高动态范围和信噪比。这些卡能以每秒1500万个事件的速度对信号进行平均，使其成为市场上最快的信号平均化解决方案之一。

新的M5i数字化仪适用于许多应用。其中一个例子是使用正交调制测试高速信道。图1显示了一个使用Spectrum Instrumentation的SBench 6测量软件显示的1 GHz载波被40 Mbaud正交相移键控（QPSK）信号调制的采样实例。

图1 以10GSPS采样的1GHz QPSK调制信号的响应。

以10GSPS的速度采集了20微秒的QPSK信号。该信号的FFT在1GHz载波频率上有一个峰值。调制边带以160MHz的间隔从载波频率对称地延伸。信号成分在2GHz显示出显著的能量，载波的谐波在3GHz。底部中间的图显示了边带结构的细节。调制边带的160MHz间隔是由于发射器中的采样造成的。这显示在右上角的时域波形的断相周期中，由游标测量。游标读数和信号频率、振幅和平均值的测量值出现在图1左边的文字信息面板上。中间上方的图中最窄的突发信号突出了40Mbaud的数据速率。调制信号的频带限制为20MHz，如图1右下角的扩展FFT所显示。

通过PCIe x16接口以高达12.8Gbps的速度将数据传输到CPU或CUDA-GPU进行定制处理，这为进一步分析创造了机会，如图2所示。上面是解调后的同相（I）和正交（Q）信号，下面是它们的FFT，显示了应用于信号的20MHz根余弦低通滤波器的效果。图2中最右边的I和Q成分的交叉图产生了轨迹图，突出了数字状态之间的转换。

图2 12.8Gbps数据流的I/Q、FFT和轨迹图。