このホワイト ペーパーでは、Moku:Pro のマルチ インストルメント モードを活用したマルチ周波数ロックイン アンプの概要を説明します。
Moku:Proは、単一のFPGAベースのハードウェアプラットフォーム上で複数の計測器を実行できるInstrument-on-Chip（IoC）テストシステムです。マルチ計測器モードにより、従来は個別のハードウェアボックスまたはモジュールで構成されていたテスト機器システム全体を、単一のMoku:Proで実現できます。FPGAの動的再構成を利用することで、システム内の他の計測器に影響を与えることなく、計測器を個別にホットスワップできます。さらに、計測器を相互接続し、信号はFPGAを経由することなく、完全にデジタル領域内で計測器間で送受信されます。これにより、個別のハードウェアモジュールまたはボックスでのアナログ-デジタル変換やデジタル-アナログ変換によって生じるSNRの低下を伴わず、超低レイテンシで高データレートを実現します。
マルチインストゥルメント モードでは、マルチ周波数およびマルチ高調波復調機能を提供するように構成できるロックイン アンプなど、既存の Moku:Pro 機器の汎用性が拡張されます。
マルチインストゥルメントモードアーキテクチャ
図1: Moku:Proのマルチインストゥルメントモードのユーザーインターフェース – 4つのスロットすべてが空
図１は、複数の機器によるシステム構築の開始点を示しています。 Moku:Pro の FPGA は４つの計測器「スロット」に分割されています。 各スロットは UltraScale+ FPGA 内のセグメントを表し、Moku:Pro のアナログ入力および出力にアクセスできます。 信号はデジタル領域でこれらの機器間をFPGAから出ることなく受け渡すことができるため、ロスレスで確定的なナノ秒レベルのレイテンシーを実現します。 「Sync」ボタンを １回タップするだけで、４つのスロットすべての位相を同期できます。 ユーザーは、Moku:Pro の個々の計測器をこれらのスロットに柔軟に配置できます。たとえば、スペクトラムアナライザ、オシロスコープ、PID コントローラを同時に導入できます。
複数の発振器、複数の倍音：マルチインストゥルメントモードでのロックインアンプの使用
ロックインアンプは、フィルタリングの前に入力信号を既知の安定した局部発振器と混合することにより、ノイズの多い背景から単一周波数成分の振幅と位相を抽出します。一部のアプリケーションでは、ユーザーは、単一の発振器または任意の周波数の複数の発振器の高調波から、複数の周波数で同時に振幅と位相の情報を必要とします。これには多くの場合、追加のハードウェア、信号スプリッター、または複数のロックインアンプが必要になります。
マルチインストゥルメントモードにより、ユーザーは最大4台のロックインアンプをインストゥルメントスロットに配置できる柔軟性が得られます。これにより、複数のハードウェアユニットが不要になり、複雑なラボ環境が簡素化され、コストと設定時間を削減できます。各ロックインアンプはそれぞれ独自の局部発振器を使用して独立して構成できるため、例えば基本波と3つの高調波など、任意の周波数の4つの信号を復調できます。Moku:Proは、600dBのダイナミックレンジと優れた性能で、最大120MHzのXNUMXつの信号を復調できます。 ブレンドADC ノイズ指数。
各ロックインアンプは Moku:Pro の他の機器にも接続でき、信号の前後調整、データの視覚化、データロギングが可能になります。
図 2 は、XNUMX つのロックイン アンプとオシロスコープを備えたマルチ インストルメント モード構成を示しています。
図2: 3台のオシロスコープと1台のロックインアンプ構成
入力１の ADC は、復調のためにスロット １、２、３に供給されるように構成されている。各ロックインスロットの局部発振器は、変調周波数の基本波または特定の高調波に設定されます。これらの局部発振器は 「Sync 」ボタンで位相が同期されます。これはマルチロックインアンプのアプリケーションでは重要な機能です。復調された信号は、DAC１、２、３を経由してアナログ出力に送られます。同時に、スロット４３のオシロスコープは、ロックイン１とロックイン２からの信号を観測するように設定されます。信号ルーティングは非常に柔軟で、すべてのスロットがすべての入出力にアクセスでき、隣接するスロットや、隣接しないスロットに信号を送信するための信号バスに高速デジタル信号を共有できます。FPGAのダイナミックリコンフィギュレーションを利用して、オシロスコープとスペクトラムアナライザをシームレスに交換しながら、スロット１、２、３のロックインを動作させたままにすることができます。これにより、ロックインアンプを妨害することなく周波数成分を観測できます。
PID コントローラー、フィルター、信号発生器などをロックインと一緒に実装して、検証、分析、信号処理を連携して実行できます。
結論
Moku:Proのデジタルロックインアンプは、DCから600MHzまでのデュアル位相復調（XY/Rθ）を120dB以上のダイナミックリザーブでサポートします。ブレンド型ADC技術により、音響からRFまで、スペクトル全体にわたって一貫した低ノイズを実現します。マルチインストゥルメントモードは、複数の高調波や周波数復調機能を追加するなど、完全にカスタマイズ可能な方法でこれらの機能を拡張する柔軟性を提供します。これらの利点を組み合わせることで、Moku:Proは閉ループ制御システムの設計や高度な試験・計測シナリオの実装において、他に類を見ないほど強力で柔軟なツールとなっています。
詳細については、こちらから マルチインストゥルメントモード.
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