Beim DDC-Verfahren werden HF- oder Mikrowellensignale in das Basisband umgewandelt, das das eigentliche Messsignal enthält. Diese Umwandlung reduziert den resultierenden Datensatz erheblich und verbessert gleichzeitig die Signalqualität und Messgenauigkeit. Spectrum Instrumentation bietet 48 verschiedene PCIe-basierte Digitalisierer (mit Abtastraten von 5 MS/s bis 10 GS/s) an, die die neue DDC-Funktion unterstützen. So können Kunden das optimale Modell für ihre Anwendung auswählen.
Integrierter FPGA-DDC oder externe GPU-Karte?
Die meisten DDC-Digitalisierer nutzen integrierte FPGA-Technologie (Field Programmable Gate Array). Eingehende analoge Signale werden in digitale Daten umgewandelt, bevor sie zur Abwärtswandlung an den FPGA weitergeleitet werden. Diese Methode ist schnell und effizient, hat aber ihre Grenzen. Sie erfordert große und teure FPGA-Technologie sowie eine speziell entwickelte Firmware. Die Anpassung der Firmware ist ebenfalls anspruchsvoll und erfordert spezialisierte Firmware-Entwicklungskenntnisse sowie kostspielige Software-Tools. Mit dem SCAPP-Softwareentwicklungskit (SCAPP) von Spectrum (CUDA Access for Parallel Processing) können die vom Digitalisierer erfassten Daten direkt über den PCIe-Bus des Digitalisierers an eine CUDA-basierte GPU gestreamt werden. Die GPU, die Tausende von Kernen parallel betreiben kann, ermöglicht dann die Entwicklung der Verarbeitungssoftware in C/C++. Dies vereinfacht die DDC-Implementierung erheblich, da die Anpassung mit Standardprogrammierkenntnissen erfolgen kann. Ein bewährtes DDC-Beispiel liefert sofortige Ergebnisse und bietet eine Plattform für weitere Softwareoptimierungen.
Ein praktisches Beispiel mit Übertragungsgeschwindigkeiten von 12,8 GB/s.
Das Digitizer-Sortiment von Spectrum Instrumentation umfasst PCIe-Karten auf drei verschiedenen Plattformen (M2p, M4i und M5i). Sie bieten Abtastraten von 5 MS/s bis hin zu ultraschnellen 10 GS/s, Auflösungen von 8 bis 16 Bit und Bandbreiten von 2,5 MHz bis über 3 GHz. Die in Abbildung 1 dargestellte M5i-Serie stellt das Spitzenmodell dar und bietet die schnellsten Abtastraten und größten Bandbreiten, jeweils mit 12-Bit-Auflösung. Ein weiteres wichtiges Merkmal der M5i-Serie ist ihre Fähigkeit, Daten über den PCIe-Bus mit einer marktführenden Geschwindigkeit von 12,8 GB/s zu übertragen.
Die Abbildung zeigt Screenshots im Frequenzbereich eines Signals vor und nach dem Downsampling. In diesem Fall wurde eine M5i.3337-x16-Digitalisiererkarte verwendet, um ein 702-MHz-Eingangssignal mit einer Abtastrate von 6,4 GS/s abzutasten. Die erfassten Daten wurden kontinuierlich direkt an eine Nvidia RTX A4000 GPU mit 6144 Kernen und einer maximalen Übertragungsrate von 12,8 GB/s übertragen. Dort hat das Beispielsystem Zugriff auf die verschiedenen Verarbeitungsblöcke, die für das Downsampling erforderlich sind. Dazu gehören ein direkter digitaler Synthesizer (DDS), Tiefpassfilterung und Downsampling. Die GPU führt alle notwendigen Downsampling-Aufgaben aus. In diesem Fall werden die Daten mit einer komplexen Sinusfunktion (erzeugt durch das DDS) vermischt, ein gleitender Durchschnitt angewendet, das Ergebnis dezimiert (in diesem Fall um den Faktor 512), die dezimierten Daten durch einen FIR-Filter (Finite Impulse Response) geleitet, neu skaliert und anschließend die verarbeiteten Daten zur Speicherung (oder Weiterverarbeitung) in den Speicher des PCs übertragen.
Die beiden Screenshots im Frequenzbereich zeigen, dass sich das Signal-Rausch-Verhältnis des reduzierten Signals (grün) im Vergleich zum Originalsignal (gelb) um fast 10 dB verbessert hat. Darüber hinaus wurde die Datendatei um den Faktor 512 drastisch verkleinert, enthält aber dennoch alle wichtigen Informationen im relevanten Frequenzbereich. Die kleinere Datendatei lässt sich nun wesentlich einfacher auf einem Standard-PC speichern, analysieren und visualisieren.
Die neue DDC-Funktion ist ab sofort Bestandteil des kostengünstigen SCAPP-Pakets. Dieses Softwarepaket wird benötigt, um neue oder bestehende Spectrum-Digitalisierer mit einer GPU-Karte zu kombinieren.
