Dans le processus DDC, les signaux RF ou micro-ondes sont convertis en bande de base, qui contient le signal d'intérêt. Cette conversion réduit considérablement la taille des données résultantes tout en améliorant la qualité du signal et la précision des mesures. Spectrum Instrumentation propose 48 numériseurs PCIe différents (avec des fréquences d'échantillonnage de 5 MS/s à 10 GS/s) capables d'exécuter la nouvelle fonction DDC, permettant ainsi aux clients de choisir le modèle parfaitement adapté à leur application.
Numériseur DDC intégré sur FPGA ou carte GPU externe ?
La plupart des implémentations de numériseurs DDC utilisent la technologie FPGA (Field Programmable Gate Array) intégrée. Les signaux analogiques entrants sont convertis en données numériques avant d'être transmis au FPGA pour la conversion de fréquence. Cette méthode est rapide et efficace, mais elle présente des limitations. Elle nécessite une technologie FPGA volumineuse et coûteuse, ainsi qu'un firmware personnalisé. La personnalisation du firmware est également complexe et requiert des compétences spécialisées en développement firmware et des outils logiciels onéreux. Grâce au kit de développement logiciel SCAPP (Spectrum's CUDA Access for Parallel Processing) de l'entreprise, les données acquises par le numériseur peuvent être transmises via le bus PCIe du numériseur directement à un GPU basé sur CUDA. Le GPU, qui peut gérer des milliers de cœurs fonctionnant en parallèle, permet ensuite de créer le logiciel de traitement en C/C++. Cela simplifie considérablement l'implémentation du DDC, car la personnalisation peut être réalisée avec des compétences de programmation standard. Partir d'un exemple de DDC éprouvé permet d'obtenir des résultats immédiats et fournit une plateforme pour une optimisation logicielle ultérieure.
Un exemple concret avec des vitesses de transmission de 12,8 Go/s.
La gamme de numériseurs de Spectrum Instrumentation comprend des cartes PCIe sur trois plateformes différentes (M2p, M4i et M5i). Elles offrent des fréquences d'échantillonnage de 5 MS/s à 10 GS/s (ultra-rapide), avec des résolutions de 8 à 16 bits et des bandes passantes de 2,5 MHz à plus de 3 GHz. La série M5i, illustrée figure 1, représente le haut de gamme, offrant les fréquences d'échantillonnage les plus élevées et les bandes passantes les plus importantes, le tout en résolution 12 bits. Autre atout majeur de la série M5i : sa capacité à transmettre des données sur le bus PCIe à une vitesse de pointe de 12,8 Go/s.
La figure présente des captures d'écran du domaine fréquentiel d'un signal avant et après sous-échantillonnage. Dans ce cas, une carte de numérisation M5i.3337-x16 a été utilisée pour échantillonner un signal d'entrée de 702 MHz à une fréquence de 6,4 GS/s. Les données acquises ont été transmises en continu et directement à un GPU Nvidia RTX A4000 doté de 6 144 cœurs, à un débit maximal de 12,8 Go/s. Une fois sur le GPU, le signal accède aux différents blocs de traitement nécessaires au sous-échantillonnage, notamment un synthétiseur numérique direct (DDS), un filtre passe-bas et le sous-échantillonnage. Le GPU effectue toutes les opérations de sous-échantillonnage. Dans ce cas, il mélange les données avec une sinusoïde complexe (générée par le DDS), applique une moyenne mobile, décime le résultat (dans ce cas par un facteur de 512), fait passer les données décimées à travers un filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR), les redimensionne, puis transfère les données traitées dans la mémoire du PC pour stockage (ou traitement ultérieur).
Les deux captures d'écran du domaine fréquentiel montrent que le rapport signal/bruit du signal réduit (en vert) s'est amélioré de près de 10 dB par rapport au signal original (en jaune). De plus, la taille du fichier de données a été considérablement réduite d'un facteur 512, tout en conservant l'intégralité des informations importantes dans la bande de fréquences du signal d'intérêt. Ce fichier, désormais plus léger, est beaucoup plus facile à stocker, à analyser et à visualiser sur un PC standard.
Désormais, la nouvelle fonction DDC est intégrée au progiciel SCAPP à bas prix. Ce progiciel est nécessaire pour associer les numériseurs Spectrum, nouveaux ou existants, à une carte GPU.
