關(guān)于DAC 那些你不知道的事

  寫(xiě)在前面

  有源DAC在生成PAM-N信號方面有著(zhù)不可替代的優(yōu)勢。在越來(lái)越多的應用場(chǎng)景下，有源DAC已經(jīng)逐步取代了其他無(wú)源數模器件方案(如衰減器耦合)。不過(guò)，很多同學(xué)也有一些疑問(wèn)，比如有源DAC與無(wú)源器件數模方案有什么區別、DAC對輸入信號有什么要求、能否產(chǎn)生預加重的PAM信號等等。對于以上問(wèn)題，本文將為大家依次解答~

  有源DAC和無(wú)源器件數模方案的區別

  雖然通過(guò)使用無(wú)源器件也可以生成PAM-4信號。但是，與有源DAC相比，有源DAC有更多優(yōu)勢。這里僅列舉以下幾點(diǎn)：

  ● 輸出功率更大：

  有源DAC通常內置放大，從而能提供更大的輸出信號幅度。而無(wú)源方案因為其最低有效位必須相應地衰減(通常>6dB)，而無(wú)法實(shí)現。

  ● 不受反射影響：

  有源DAC可以有效隔離反射信號的干擾，并且內置的鎖存器進(jìn)行采樣還原，從而整形得到更完美的信號質(zhì)量。而無(wú)源器件方案在所有方向都是透明的。這意味著(zhù)，施加輸入端的信號，不僅會(huì )出現在輸出上，還會(huì )出現在其他的輸入端。這會(huì )對輸出信號質(zhì)量產(chǎn)生影響。并且多次反射會(huì )相應地影響整個(gè)輸出信號的質(zhì)量(由于驅動(dòng)源的輸出反射系數(S22)不夠理想)。一般通過(guò)在碼型發(fā)生器的兩個(gè)輸出端同時(shí)接入衰減器，可以將這種影響弱化，但這又同時(shí)降低了輸出電壓。

  ● 寬松的延時(shí)精度要求：

  DAC對不同路輸入信號的延時(shí)只需保證在一定范圍內，即可產(chǎn)生完美輸出信號，不需要嚴格匹配。而無(wú)源器件方案的輸入端必須非常好地對齊，否則微小時(shí)延也會(huì )使輸出信號失真。這對輸入信號有精準時(shí)延控制的要求，甚至需要外部添加高精度延遲線(xiàn)，使用非常不方便。

  ● 離待測件更近：

  DAC可以如Remote Head一般，放置在非?？拷麯UT的位置。延長(cháng)電纜可以放在碼型發(fā)生器和DAC之間。這些線(xiàn)纜引入的信號損傷不會(huì )影響DAC的輸出。DAC還可以提供重新采樣并整形，即使進(jìn)行物理移動(dòng)的同時(shí)也不會(huì )影響信號質(zhì)量。而其他方案必須放置在非?？拷a型發(fā)生器輸出的位置。這意味著(zhù)，即使信號源提供了良好PAM-4信號，該信號也很可能需經(jīng)過(guò)很長(cháng)線(xiàn)纜才能傳輸到待測件。這將導致高速多電平信號的失真。

  ● 附加電平較少：

  SHF DAC至少具有3bit有效位，最新的DAC產(chǎn)品最高可以實(shí)現8bit有效位。其不僅僅可以輸出常見(jiàn)的PAM-4信號，還有各種幅度不等的PAM信號，如PAM-5 / 8/16 /../ 64，多樣的預加重的PAM信號等。而其他方案并不能實(shí)現。

  2 DAC對輸入信號的要求

  SHF DAC需要輸入二進(jìn)制數據信號和與數據同頻的時(shí)鐘信號。

  所謂“同頻”時(shí)鐘，意思是時(shí)鐘速度(以Hz為單位)必須與輸入數據的速度(以bps為單位)相同。例如，想要產(chǎn)生60GBaud的8電平信號，就必須要有一個(gè)60 GHz時(shí)鐘，再加上三個(gè)60 Gbps二進(jìn)制數據信號輸入到DAC。

  對于正確的操作，所有輸入必須(a)相位對齊，對于某些應用，甚至(b)bit位也要對齊。 下圖顯示了一種完美的對齊方式。

  ● 相位對準

  所有SHF DAC都可以對輸入信號重新采樣并對其進(jìn)行整形，其在輸入信號失真和延時(shí)方面恢復及處理的能力非常強大，并且對輸入信號質(zhì)量要求不高，即使相位對準不如上圖那樣完美，也始終可以接收到一個(gè)完美的PAM信號。DAC可以很簡(jiǎn)單地得到每一個(gè)輸入信號的相位對準，只需要用戶(hù)進(jìn)入軟件控制界面即可控制進(jìn)入DAC的相位，輕松解決時(shí)延困擾。

  ●Bit對準

  如果滿(mǎn)足以上相位對準要求，則可以簡(jiǎn)單產(chǎn)生形狀完美的PAM信號。

  但對于其他特殊應用，例如作為任意波形發(fā)生器(AWG)，不僅必須考慮相位對準，而且還要考慮邏輯位對齊。下圖顯示了輸入D2的位對齊方式是不正確的，應將其移位-1Bit。

  在使用誤差分析儀或示波器的時(shí)候，通?？梢灾苯诱页鑫涣魇欠癜次粚R。此外，對于SHF 12105A BPG，它可以完全控制位對齊?？稍谲浖凶詣?dòng)設置完成完美的Bit對準。

  3 DAC可以生成帶預加重的PAM-4信號

  我們可以從下面這個(gè)簡(jiǎn)單的示意圖看到，如何使用一個(gè)4位的DAC完成此操作。

  如果SHF BPG配置了四路數據輸出，則只需在軟件中單擊幾下設置，而不需要其他硬件,就可以實(shí)現帶預加重功能的PAM4眼圖。

  如果SHF BPG僅配置了兩路數據輸出，則可用兩路數據輸出的data+分別給到D3,D2, 將data-分別通過(guò)延時(shí)線(xiàn)將數據延時(shí)1bit后給到D0和D1。

  預加重是一個(gè)非常強大的功能。下面是30 GBaud PAM-4信號在2.5米SMA電纜傳輸時(shí)，預加重效果的結果案例。

  如果沒(méi)有預加重，一個(gè)完美的信號經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)后，惡化的眼圖已經(jīng)沒(méi)辦法睜開(kāi)。有預加重后的信號，在經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)后，信號依舊比較完美。

  4 DAC在邏輯上是怎么工作的

  數模轉換器(DAC)是將數字信號轉換為模擬信號的設備。它采用二進(jìn)制輸入位，對每個(gè)二進(jìn)制位設定權重并將其相加。由于芯片設計上最新的3R再生功能(重新采樣，重新整形、重新放大)，DAC作用更加強大。舉個(gè)例子，3bit DAC如下圖，先標準化某個(gè)電壓電平，然后通過(guò)添加其它電平來(lái)實(shí)現不同幅度輸出，最后完成對稱(chēng)設置(即在輸出電平之間具有相同的幅度間隔)

  這個(gè)方案對于各類(lèi)bit DAC 均適用。例如6bit DAC，對于6位DAC，其輸出電平為2^6=64。使用的bit越多，輸出的電平就越多(同時(shí)也意味著(zhù)分辨率越高)。

  5 如何使用更少bit的SHF DAC

  SHF DAC的bit位數由輸入通道決定，例如，如果想生成PAM-4信號，僅需要兩個(gè)輸入信號輸入DAC即可。當僅有一個(gè)輸入位輸入時(shí)，DAC將作為二進(jìn)制D型觸發(fā)器來(lái)使用。建議使用DAC的最高有效位，此時(shí)DAC的輸出幅度最大，信噪比最優(yōu)。

  6 DAC可以實(shí)驗非對稱(chēng)眼圖輸出

  對于一個(gè)3位DAC，輸出電壓Uout與輸入數據D1，D2和D3之間的關(guān)系計算如下：

  Uout=D0 · a0 + D1 · a1 + D2 · a2

  DAC的輸出幅度是由輸入的D1、D2和D3電壓權重累加的，如下圖所示：

  堆區每個(gè)單獨輸入位的幅度權重可通過(guò)GUI中的相應滑塊進(jìn)行調整。電壓權重值最小值是最大值的一半。

  對于一個(gè)bit DAC(即輸出PAM4信號)，輸出電壓Uout與輸入數據D1和D2之間的關(guān)系如下：

  Uout=D1 · a1 + D2 · a2

  如果將a1和a2減小相同的系數，則總振幅將減小。當把所有貢獻設置為最小時(shí)，輸出功率將降低6dB。

  如果減小a1(或增大a2)，則PAM4眼圖對稱(chēng)性會(huì )改變。這樣就可以得到非對稱(chēng)PAM4眼圖。