1. 是德科技為AWG樹(shù)立了行業(yè)標(biāo)桿

隨著光通信、毫米波雷達(dá)以及高速數(shù)字鏈路技術(shù)不斷突破傳統(tǒng)極限，對(duì)于任意波形發(fā)生器（AWG）的要求也達(dá)到了前所未有的高度。Keysight 的AWG M8199B，以超高的性能刷新了商用 AWG 的性能上限，為下一代高速系統(tǒng)的研發(fā)樹(shù)立了新的標(biāo)桿。

M8199B 具備 200–256?GSa/s 的連續(xù)可調(diào)超高速采樣率，可生成超過(guò) 160?GBaud 的高速信號(hào)，適用于超高速光通信前沿研究，使其成為測(cè)試未來(lái) Tb/s 級(jí)光模塊的關(guān)鍵工具。

標(biāo)稱模擬帶寬超過(guò) 80?GHz，能夠完全覆蓋高階調(diào)制（QAM、PAM 等）以及 160 GBaud 信號(hào)所需的頻譜范圍，可理想用于相干光 IQ 調(diào)制器驅(qū)動(dòng)和毫米波/超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)的 IF 信號(hào)生成，滿足未來(lái)超寬帶無(wú)線系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。

輸出能力達(dá)到2?Vpp @160?GBaud，讓 M8199B 能夠直接驅(qū)動(dòng)許多高速光調(diào)制器與有源器件，適合高速光調(diào)制器直驅(qū)實(shí)驗(yàn)，有效降低對(duì)額外放大鏈路的依賴。

M8199B 支持最多 8 通道同步（4 模塊級(jí)聯(lián)），實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的多路輸出，非常適合雙偏振相干光收發(fā)機(jī)開(kāi)發(fā)或高速 MIMO / 多天線雷達(dá)激勵(lì)，為多通道相干系統(tǒng)和陣列系統(tǒng)提供關(guān)鍵的高精度時(shí)序一致性。

2. AWG的性能該用什么來(lái)保證

上一章節(jié)中我們已經(jīng)簡(jiǎn)要介紹了Keysight 最新的 AWG 的關(guān)鍵性能指標(biāo)及其在高速/寬帶系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。在高帶寬、超高速符號(hào)率的條件下，任何幅度、頻響、相位/群時(shí)延、時(shí)間基準(zhǔn)或抖動(dòng)的微小誤差都會(huì)被進(jìn)一步放大，并直接投射到用戶可以觀測(cè)到的指標(biāo)，例如：眼圖開(kāi)口，星座圖EVM，鄰道泄漏與頻譜純度，多通道信號(hào)的時(shí)間對(duì)齊等參數(shù)。

下面兩個(gè)示例分別是眼圖和星座圖，從不同顯示維度展現(xiàn)了 AWG 的 綜合性能。

圖1. 180 Gbaud NRZ, RC – Roll-off = 0.3的眼圖

圖2. 64QAM at 160 GBaud

(1.92 Tb/s using a 4-channel system)

然而，在實(shí)際研發(fā)或生產(chǎn)應(yīng)用中，我們不僅需要看到“理想的波形”，還需要能夠量化的表征儀表的性能。Keysight 原廠校準(zhǔn)服務(wù)和發(fā)布的指標(biāo)手冊(cè)將 AWG 的“真實(shí)性能”拆解成一個(gè)個(gè)可以量化的基礎(chǔ)參數(shù)，正是這些基礎(chǔ)參數(shù)保證了AWG在時(shí)域和頻域上的綜合性能。下面我們就這些AWG的基礎(chǔ)參數(shù)做簡(jiǎn)要介紹。

2.1標(biāo)記輸出（Sample Marker/Sync Marker）：幅度準(zhǔn)確度與躍遷時(shí)間

在Keysight提供的校準(zhǔn)服務(wù)中，校準(zhǔn)針對(duì)AWG的 Sample Marker 與 Sync Marker 兩個(gè)端口分別檢查兩件事：一是標(biāo)記電平的幅度準(zhǔn)確度是否與設(shè)定值一致；二是標(biāo)記邊沿的躍遷時(shí)間（上升/下降）是否足夠快。幅度準(zhǔn)確度衡量的是能否把多個(gè)模塊或設(shè)備之間的同步觸發(fā)點(diǎn)固定在一個(gè)可追溯的電平上，避免因?yàn)闃?biāo)記電平的輕微漂移而導(dǎo)致同步不夠穩(wěn)定；躍遷時(shí)間則直接關(guān)聯(lián)邊沿的陡峭度與門(mén)限穿越的不確定度，邊沿越干凈，跨設(shè)備、跨連接的觸發(fā)/鎖定窗口越穩(wěn)定。兩項(xiàng)指標(biāo)配合起來(lái)，為系統(tǒng)級(jí)同步打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

之前提到，M8199B支持四個(gè)模塊級(jí)聯(lián)同步發(fā)射8個(gè)通道的高速信號(hào)，這就要求跨機(jī)箱的觸發(fā)抖動(dòng)極低，實(shí)現(xiàn)多模塊之間穩(wěn)定的級(jí)聯(lián)。下面圖示是Keysight提供的測(cè)量報(bào)告給出的通道A的Sync Marker（同步標(biāo)記）的躍遷時(shí)間和幅度準(zhǔn)確度的示例，報(bào)告中給出了Sync Marker的上升沿，下降沿，和不同標(biāo)稱幅度下的幅度準(zhǔn)確度測(cè)量值（已隱藏）和嚴(yán)格的限值。

2.2激勵(lì)信號(hào)輸出端口：電平準(zhǔn)確度/躍遷時(shí)間/光調(diào)制幅度

在數(shù)字/光電測(cè)試場(chǎng)景中，Keysight通過(guò)校準(zhǔn)電平準(zhǔn)確度（AC Accuracy）、躍遷時(shí)間（Transition Time）和光調(diào)制幅度（Optical Modulation Amplitude）共同定義了 AWG作為標(biāo)準(zhǔn)高速激勵(lì)源的基本指標(biāo)。

? 幅度精度（AC Accuracy）

幅度精度表征 AWG 在目標(biāo)帶寬內(nèi)對(duì)設(shè)定電平與擺幅的復(fù)現(xiàn)能力，包括通道增益、頻響平坦度和端接匹配后的實(shí)際輸出幅度與設(shè)定值的一致性。

幅度精度指標(biāo)直接影響眼圖垂直裕量、噪聲容限與誤碼率（BER）的可信度。偏差過(guò)大的話，會(huì)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)不理想而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不可靠；在多通道/差分測(cè)試中，會(huì)帶來(lái)通道間幅度不一致，影響串?dāng)_評(píng)估、均衡收斂與鏈路訓(xùn)練穩(wěn)定性。Keysight的校準(zhǔn)報(bào)告針對(duì)一組標(biāo)稱幅度數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，用于評(píng)估是否滿足指標(biāo)。

? 躍遷時(shí)間（Transition Time）

躍遷時(shí)間表征 AWG輸出的數(shù)據(jù)在的上升/下降沿的最短時(shí)間，直接表現(xiàn)為信號(hào)邊沿能否在一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)充分完成且形態(tài)穩(wěn)定。

邊沿過(guò)慢或形態(tài)不穩(wěn)會(huì)增加碼間干擾（ISI），壓縮眼圖水平開(kāi)口，導(dǎo)致 BER 隨速率上升顯著惡化；同時(shí)使時(shí)鐘恢復(fù)（CDR）/閾值/均衡的訓(xùn)練時(shí)間變長(zhǎng)或收斂失敗。Keysight的校準(zhǔn)報(bào)告顯示在256GSample/s的采樣率下進(jìn)行測(cè)試，上升沿和下降沿均不能超過(guò)3.3ps數(shù)值，這是一個(gè)非常優(yōu)秀的指標(biāo)。

? 光調(diào)制幅度（OMA）

OMA電壓是指 AWG 在驅(qū)動(dòng)光調(diào)制鏈路（驅(qū)動(dòng)器 + 調(diào)制器 + 偏置點(diǎn)）時(shí)，為滿足光端 OMA的規(guī)范所提供的電學(xué)輸出電壓能力，表征在規(guī)定帶寬下的有效可用電壓。

若 OMA 電壓不滿足要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 BER 偏高、鏈路訓(xùn)練不穩(wěn)等問(wèn)題。該指標(biāo)為不同速率、制式（NRZ/PAM4）和調(diào)制器 Vπ 的適配提供清晰的電驅(qū)門(mén)檻，保證電-光鏈路測(cè)試結(jié)果的可靠性。Keysight的校準(zhǔn)報(bào)告顯示在256GSample/s的采樣率下進(jìn)行OMA電壓測(cè)試，并規(guī)定了最小限值。

最后，需要強(qiáng)調(diào)的是在 AWG 的激勵(lì)信號(hào)輸出端，幅度準(zhǔn)確度，躍遷時(shí)間與 OMA 電壓共同決定了作為數(shù)字/電光測(cè)試激勵(lì)源的有效性與可重復(fù)性。

2.3激勵(lì)信號(hào)輸出端口：動(dòng)態(tài)性能典型值（SINAD、SNR、SFDR、THD）

除了前面介紹的性能指標(biāo)之外，Keysight的指標(biāo)手冊(cè)還為客戶提供了AWG在動(dòng)態(tài)性能方面的典型值（典型值是指80%以上的出廠儀表能夠滿足的特征值），這些典型值也為用戶使用AWG提供了重要指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)要介紹如下：

SINAD（Signal-to-Noise and Distortion Ratio）信噪加失真比

SINAD 是 DAC 輸出正弦波 RMS 幅度與噪聲 + 失真（包括所有諧波）RMS幅度之比。

即同時(shí)包含噪聲與所有非基波成分。

SNR（Signal-to-Noise Ratio）信噪比

SNR 是 DAC 輸出的 正弦波 RMS 幅度與噪聲 RMS（不包括諧波）的比值。

即：只計(jì)算噪聲，不包括失真諧波。

SFDR（Spurious-Free Dynamic Range）無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍

SFDR 是 基波幅度與頻帶中最大雜散（spur）幅度（可能是諧波或非諧波）之間的差值。

THD（Total Harmonic Distortion）總諧波失真

THD 是諧波成分（通常為第 2–10 次諧波）的 RMS 總和與基波 RMS 的比值。用于衡量 DAC 的諧波失真程度。

Keysight M8199B 數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的動(dòng)態(tài)性能典型值

上述一系列的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)用于保障AWG能夠產(chǎn)生一個(gè)“純凈的”信號(hào)。面向通信（高階 QAM/OFDM），諧波與 THD 的下降意味著幅相失真更小，EVM 的誤差更小；較高的 SNR 與 SFDR 讓ACLR/ACPR 變得更好，這些參數(shù)決定了鄰道與旁瓣的“干凈程度”。對(duì)于高速數(shù)字信號(hào)，良好的非線性和噪聲指標(biāo)讓多電平之間的判決邊界更清晰，眼圖開(kāi)口更清晰與 BER 余量更高。

2.4Keysight 原廠校準(zhǔn)的價(jià)值：項(xiàng)目覆蓋、維修調(diào)整能力與閉環(huán)呈現(xiàn)

Keysight提供的AWG原廠校準(zhǔn)是基于對(duì)儀表本身內(nèi)部設(shè)計(jì)深入理解的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的校準(zhǔn)程序，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)和測(cè)量點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋，并且提供測(cè)量—調(diào)整/維修—復(fù)測(cè)的閉環(huán)能力。

首先從計(jì)量參數(shù)上來(lái)看，Keysight 設(shè)計(jì)的AWG校準(zhǔn)項(xiàng)目是基于儀表的內(nèi)部設(shè)計(jì)和客戶真實(shí)應(yīng)用來(lái)開(kāi)發(fā)的，例如Sample Marker，Sync Marker，會(huì)真正的影響到信號(hào)/模塊同步，SNR直接表示為信號(hào)抖動(dòng)，OMA電壓則會(huì)影響光通信鏈路的有效光學(xué)調(diào)制幅度。當(dāng)客戶的AWG用于高速數(shù)字信號(hào)測(cè)試或者是電-光系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，這些參數(shù)是非常重要的指標(biāo)。但是，由于我們的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《JJF 1152-2006 任意波形發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》由于發(fā)布時(shí)間較早，對(duì)于超高速AWG的部分應(yīng)用和光通信測(cè)試應(yīng)用考慮不周全，所以我國(guó)的JJF校準(zhǔn)規(guī)范并沒(méi)有包含這些項(xiàng)目。通常第三方校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室會(huì)把JJF校準(zhǔn)規(guī)范作為指導(dǎo)性的校準(zhǔn)文件，從而導(dǎo)致缺少對(duì)這些項(xiàng)目的校準(zhǔn)。這就是Keysight原廠校準(zhǔn)區(qū)別與第三方校準(zhǔn)的一個(gè)典型案例。

除了計(jì)量參數(shù)的區(qū)別之外，Keysight校準(zhǔn)中心為客戶提供測(cè)量—調(diào)整/維修—復(fù)測(cè)的閉環(huán)能力。Keysight作為儀表廠家，針對(duì)客戶的儀表除了提供校準(zhǔn)服務(wù)之外，當(dāng)某些項(xiàng)目出現(xiàn)“超差”情況的時(shí)候，在不需要維修的情況下，Keysight服務(wù)中心可以利用自有的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)被測(cè)儀表的部分指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整（Adjustment）來(lái)修復(fù)被測(cè)設(shè)備的指標(biāo)；當(dāng)被測(cè)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法通過(guò)調(diào)整來(lái)修復(fù)指標(biāo)時(shí)，還可以對(duì)儀表進(jìn)行維修服務(wù)來(lái)修復(fù)指標(biāo)。在執(zhí)行了調(diào)整/維修服務(wù)后，Keysight服務(wù)中心會(huì)對(duì)儀表進(jìn)行再次校準(zhǔn)以確保儀表的性能滿足要求。這樣，Keysight提供的校準(zhǔn)報(bào)告會(huì)提供“調(diào)整/維修”前和后兩套數(shù)據(jù)，以供客戶對(duì)校準(zhǔn)前后的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，這種一站式的測(cè)量—調(diào)整/維修—復(fù)測(cè)的一站式為客戶帶來(lái)了良好的售后體驗(yàn)，確保客戶拿回來(lái)的設(shè)備是一臺(tái)完好可用的設(shè)備。

3. 小結(jié)

在高速寬帶和相干光通信測(cè)試需求不斷提升的背景下，AWG已成為系統(tǒng)驗(yàn)證中不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)源。要讓 AWG 在復(fù)雜應(yīng)用中保持可信、穩(wěn)定與可復(fù)現(xiàn)，其關(guān)鍵在于卓越的硬件性能，量化指標(biāo)控制與可靠校準(zhǔn)體系 的共同保障。Keysight能夠?yàn)榭蛻敉晟频男?zhǔn)/調(diào)整/維修的一站式服務(wù)，確保儀表的真實(shí)性能，避免激勵(lì)源成為測(cè)量不確定度的來(lái)源。歸根結(jié)底，只有“性能 + 指標(biāo) + 校準(zhǔn)”三者形成閉環(huán)，AWG 才能真正作為可靠的激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)源服務(wù)于研發(fā)與測(cè)試工作。

文章作者：王立春

出生于1980年2月20日，在哈爾濱工程大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院計(jì)算與通信工程學(xué)院獲得通信工程學(xué)士和工程碩士學(xué)位，先后在航天科工集團(tuán)第二研究院以及羅德與施瓦茨科技有限公司從事無(wú)線電測(cè)量相關(guān)的工作，2018年加入是德科技后專注于計(jì)量與測(cè)量技術(shù)的研發(fā)工作。

瓦力大作戰(zhàn)問(wèn)題

Keysight針對(duì)AWG提供的原廠校準(zhǔn)將上升/下降沿（例如 ≤3.3 ps@256 GSa/s）納入校準(zhǔn)項(xiàng)目的應(yīng)用意義在于：

A.邊沿限值主要用于抑制寬帶底噪漂移并統(tǒng)一測(cè)量帶寬定義；對(duì)符號(hào)間干擾（ISI）的實(shí)質(zhì)性影響有限，因此對(duì)眼圖開(kāi)口與 BER 的貢獻(xiàn)通常不屬于主導(dǎo)因素。

B.通過(guò)保證邊沿足夠快且形態(tài)穩(wěn)定，直接減少 ISI、擴(kuò)大眼圖水平開(kāi)口，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍（如 SINAD/SNR/SFDR）僅屬間接影響因素，其貢獻(xiàn)通常不屬于主導(dǎo)因素。

C.邊沿限值主要用于優(yōu)化觸發(fā)相關(guān)的參考電平一致性，使頻域測(cè)量結(jié)果更易對(duì)齊；在多載波與高階調(diào)制下，星座擴(kuò)散仍以噪聲與非線性為主，邊沿速率對(duì) EVM 的貢獻(xiàn)通常不屬于主導(dǎo)因素。

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