EasyPulseテクノロジーとその利点について

現代の多くの任意/ファンクション波形ジェネレータはDDS（Direct Digital Synthesis）技術を利用していますが、この技術を直接使用する際にはいくつかの明らかな欠点があります。これらの欠点を解決するために、SIGLENTはEasyPulseテクノロジーと呼ばれるパルス生成アルゴリズムを発明しました。本ノートでは、DDSの基本と、EasyPulseがどのようにして最高の性能を引き出すのに役立つかを説明します。

 

1. DDS技術とその欠点

DDS（Direct Digital Synthesis）は、デジタルで時間変動する信号を生成し、それをデジタル-アナログ変換することでアナログ波形（方形波、三角波、または正弦波）を生成する技術です。基本的なDDSは、周波数基準（通常はクリスタルまたは発振器）、数値制御発振器（NCO）、およびデジタル-アナログコンバータ（DAC）で構成され、そのブロック図は図1に示されています。

図1: DDS回路のブロック図

 

 

基準クロックは固定周波数（Fref）です。DDSは、メモリに事前にロードされた2N個のデータサンプルを参照することで波形を生成します。

レジスタに格納されたチューニングワード（M）が出力周波数を決定します。

 

 

DDS技術を使用して出力される方形波/パルス信号のエッジは固定されており、データ長によってデューティサイクルが制限されるため、高出力周波数でのデューティサイクル設定精度が低下します。

方形波/パルスを生成する際、基準周波数は出力周波数の正確な整数倍である必要があります。もしそうでない場合、基準クロック周期に等しい決定的なジッタが発生します。

図2

 

チューニングワードが1より大きい場合（つまりFout ＞Fref /2N）、サンプルルックアップテーブルの一部のポイントがスキップされます。これは正弦波形に対しては大きな問題ではありませんが、重要なディテール（例: スパイク）を含む任意波形では、情報の損失を意味することがあります。

 

2. EasyPulse技術とその利点

これらの問題を解決するために、SiglentはEasyPulseと呼ばれるパルス生成アルゴリズムを開発し、すべてのSDG Xシリーズ波形ジェネレータに適用しました。

この新しい技術に基づき、SDGシリーズ波形ジェネレータは、低ジッタ、急速な立ち上がりおよび立ち下がりエッジ（周波数に依存しない）、小さいデューティサイクル（パルス幅）を持つパルス信号を生成することができます。エッジとパルス幅は広い範囲で調整可能です。図3はEasyPulseのブロック図です。

 

図3: EasyPulseのブロック図

 

例えば、SDG6052Xシリーズのパルス/任意波形ジェネレータを例にとると、パルス信号の仕様は以下の通りです。

 

 

3. 測定例

EasyPulse技術を搭載したSDS6052Xシリーズのパルス/任意波形ジェネレータは、優れた性能を発揮します。いくつかの実際の例を見てみましょう。

まず第一に、EasyPulse技術は、従来のDDSによって生成された方形波/パルス波形に生じる追加のジッタを克服することができます。この優れた機能を評価するために、DDS波形ジェネレータとEasyPulseを搭載したSDG6052Xを比較しました。図4では、12ビットのオシロスコープを使用して違いを観察しました。パルスがトリガーされた際、次の立ち上がりエッジを測定すると、従来のDDSで生成されたパルスではピーク-ピークジッタが0.84 ns（これはDDSクロックの周期1.2 GHzに相当）であるのに対し、EasyPulse技術を使用して同じ設定でパルスを生成すると、ジッタは11.2 ps rmsに低下しました。

図4: 従来のDDS波形によるジッタ

 

図5: 低ジッタのEasyPulse波形

 

 

EasyPulse技術のもう一つの利点は、非常に低い周波数でも約3.3 nsの小さなパルス幅でパルスを出力できることです。DDS技術で生成された1 Hzのパルスでは、1つの波形長に32768ポイントがあります。高レベルのサンプルポイントを1つだけ使用してパルスを構築すると、最小のパルス幅（最小のデューティ比）を約30 ms（1秒/32768 ≈ 30.5 ms）で得ることができます（図6参照）。一方、EasyPulseではパルス幅を3.3 nsまで調整できます（図7参照）。

図6: DDSで生成された1 Hzパルス信号

 

図7: EasyPulseで生成された1 Hzパルス信号

 

 

さらに、EasyPulse技術を使用すると、エッジとパルス幅の両方を広範囲にわたって調整することができます。パルス幅は、周波数に関係なく、最小で3.3 nsまで微調整でき、調整ステップは100 ps単位で可能です。図8および図9では、12ビットオシロスコープを使用し、パルス幅設定を3.4 nsから200 nsまで、100 ps単位で変化させた際の立ち上がりエッジの変化を示しています。

図8: 100 psごとにパルス幅を調整する様子

 

 

立ち上がり/立ち下がり時間も、最小1 nsまで独立して設定可能で、最小調整ステップは100 psです。SDG6052Xを使用して初期パルスを次のパラメータで出力します。

 

図9は、SDG6052Xパルス/任意波形ジェネレータの立ち上がりエッジが、1.0 nsから100.0 nsまで100 psずつ変化する様子を示しています。

図9: 100 psごとに立ち上がり時間を調整する様子

 

 

結論として、EasyPulse技術により、SIGLENTのパルス/任意波形ジェネレータは、低ジッタ、小デューティサイクル、正確で調整可能なパルス幅を持つパルス信号の生成において優れた性能を発揮します。