이 백서에서는 Moku:Pro의 다중 악기 모드를 활용한 다중 주파수 잠금 증폭기에 대한 개요를 제공합니다.
Moku:Pro는 단일 FPGA 기반 하드웨어 플랫폼에서 여러 계측기를 실행할 수 있는 IoC(Instrument-on-Chip) 테스트 시스템입니다. 이제 다중 계측기 모드를 통해 기존에는 별도의 하드웨어 박스 또는 모듈로 구성되었던 테스트 장비 시스템 전체를 단일 Moku:Pro에서 구현할 수 있습니다. FPGA의 동적 재구성을 활용하여 사용자는 시스템의 다른 계측기에 영향을 주지 않고 계측기를 독립적으로 핫스왑할 수 있습니다. 또한, 계측기를 상호 연결할 수 있으며, 신호는 FPGA를 벗어나지 않고 디지털 영역에서 완벽하게 전달됩니다. 이를 통해 별도의 하드웨어 모듈이나 박스에서 아날로그-디지털 또는 디지털-아날로그 변환 시 일반적으로 발생하는 신호 대 잡음비(SNR) 저하 없이 매우 낮은 지연 시간과 높은 데이터 전송 속도를 구현할 수 있습니다.
다중 악기 모드는 기존 Moku:Pro 악기의 다양성을 확장하여 다중 주파수 및 다중 고조파 복조 기능을 제공하도록 구성할 수 있는 Lock-in Amplifier를 포함합니다.
다중 악기 모드 아키텍처
그림 1: Moku:Pro의 다중 악기 모드 사용자 인터페이스 - 4개 슬롯 모두 비어 있음
그림 1은 다중 기구 시스템 구축의 시작점을 보여줍니다. Moku:Pro의 FPGA는 4개의 계측기 "슬롯"으로 나뉩니다. 각 슬롯은 UltraScale+ FPGA 내의 세그먼트를 나타내며 Moku:Pro의 아날로그 입력 및 출력에 액세스할 수 있습니다. 신호는 디지털 영역에서 FPGA를 벗어나지 않고도 계측기 간에 전달될 수 있으므로 결정론적인 나노초 수준의 대기 시간으로 손실이 없습니다. "동기화" 버튼을 한 번 탭하면 4개 슬롯 모두 위상 동기화될 수 있습니다. 사용자는 Moku:Pro의 개별 장비를 이 슬롯에 유연하게 배치할 수 있습니다. 예를 들어 스펙트럼 분석기, 오실로스코프 및 PID 컨트롤러를 동시에 배포할 수 있습니다.
다중 발진기, 다중 고조파: 다중 계측기 모드에서 잠금 증폭기 사용
락인 증폭기는 필터링하기 전에 입력 신호를 알려진 안정적인 로컬 오실레이터와 혼합하여 잡음이 많은 배경에서 단일 진동수 컴포넌트의 진폭과 위상을 추출합니다. 일부 응용 분야에서는 사용자가 단일 오실레이터의 하모닉스 또는 임의 진동수의 다중 오실레이터에서 동시에 여러 주파수의 진폭 및 위상 정보가 필요합니다. 이를 위해서는 추가 하드웨어, 신호 분배기 또는 다중 락인 증폭기가 필요한 경우가 많습니다.
다중 계측기 모드를 통해 사용자는 계측기 슬롯에 최대 4개의 록인 앰프를 유연하게 배치할 수 있습니다. 이를 통해 여러 하드웨어 장치가 필요 없게 되고 복잡한 실험실 설정이 간소화되어 비용과 구성 시간이 단축됩니다. 각 록인 앰프는 자체 로컬 오실레이터를 사용하여 독립적으로 구성할 수 있으므로 사용자는 기본파 3개와 고조파 4개 등 임의 주파수의 신호 600개를 복조할 수 있습니다. Moku:Pro는 최대 120MHz의 신호 XNUMX개를 XNUMXdB의 다이내믹 레인지와 뛰어난 성능으로 복조할 수 있습니다. 혼합 ADC 소음 수치.
각 락인 증폭기는 Moku:Pro의 다른 장비에도 연결할 수 있어 사전 또는 사후 신호 조절, 데이터 시각화 및 데이터 로깅이 가능합니다.
그림 2는 XNUMX개의 잠금 증폭기와 오실로스코프를 갖춘 다중 계측기 모드 구성을 보여줍니다.
그림 2: 3개의 오실로스코프를 갖춘 1개의 잠금 증폭기 구성
입력 1의 ADC는 복조를 위해 슬롯 1, 2, 3에 공급되도록 구성됩니다. 각 잠금 슬롯의 로컬 오실레이터는 변조 진동수의 기본 또는 특정 고조파로 설정됩니다. 그런 다음 이러한 로컬 오실레이터는 다중 락인 증폭기 애플리케이션의 중요한 기능인 "동기화" 버튼과 위상이 동기화됩니다. 그런 다음 복조된 신호는 DAC 1, 2, 3을 통해 아날로그 출력으로 전송됩니다. 동시에 슬롯 4의 오실로스코프는 잠금 1과 잠금 2의 신호를 관찰하도록 구성됩니다. 신호 라우팅은 다음과 같습니다. 매우 유연함; 모든 슬롯은 모든 입력 및 출력에 액세스할 수 있으며 인접 슬롯이나 인접하지 않은 슬롯에 신호를 보내기 위해 신호 버스에 고속 디지털 신호를 공유할 수 있습니다. FPGA의 동적 재구성을 활용하면 오실로스코프가 스펙트럼 분석기로 원활하게 교체되는 동안 슬롯 1, 2, 3의 락 기능은 계속 작동할 수 있습니다. 이를 통해 락인 증폭기를 방해하지 않고 진동수 컴포넌트를 관찰할 수 있습니다.
PID 컨트롤러, 필터, 신호 생성기 등을 락인하면서 검증, 분석 및 추가 신호 처리를 동시에 수행할 수 있습니다.
맺음말
Moku:Pro의 디지털 록인 앰프는 DC에서 600MHz까지 120dB 이상의 동적 예비율로 이중 위상 복조(XY/Rθ)를 지원합니다. 블렌디드 ADC 기술은 음향에서 RF에 이르기까지 전체 스펙트럼에 걸쳐 일관된 저잡음을 보장합니다. 다중 계측기 모드는 다중 고조파 또는 주파수 복조 기능 추가와 같이 이러한 기능을 완벽하게 사용자 정의하여 확장할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이러한 장점들을 결합하여 Moku:Pro는 폐쇄 루프 제어 시스템을 설계하고 정교한 테스트 및 측정 시나리오를 구현하는 데 독보적이고 강력하며 유연한 도구입니다.
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