В процессе DDC радиочастотные или микроволновые сигналы преобразуются в полосу частот, содержащую интересующий сигнал. Это преобразование значительно уменьшает результирующий набор данных, одновременно улучшая качество сигнала и точность измерений. Компания Spectrum Instrumentation предлагает 48 различных цифровых преобразователей на базе PCIe (с частотой дискретизации от 5 Мс/с до 10 Гс/с), которые могут выполнять новую функцию DDC, позволяя клиентам выбрать модель, идеально подходящую для их задач.
Интегрированный FPGA DDC или внешняя карта GPU?
В большинстве реализаций DDC-дигитайзеров используется интегрированная технология FPGA (Field Programmable Gate Array). Входящие аналоговые сигналы преобразуются в цифровые данные, прежде чем передаваться на FPGA для понижающего преобразования. Этот метод быстр и эффективен, но имеет свои ограничения. Он требует больших и дорогостоящих FPGA-устройств, а также специально разработанного программного обеспечения. Настройка программного обеспечения также представляет собой сложную задачу, требующую специальных навыков разработки и дорогостоящих программных инструментов. Используя комплект разработки программного обеспечения SCAPP (Spectrum's CUDA Access for Parallel Processing), данные, полученные дигитайзером, могут передаваться по шине PCIe дигитайзера непосредственно на графический процессор на базе CUDA. Графический процессор, который может иметь тысячи ядер, работающих параллельно, затем позволяет создавать программное обеспечение для обработки с использованием C/C++. Это значительно упрощает реализацию DDC, поскольку настройка может быть выполнена с помощью стандартных навыков программирования. Начало работы с проверенным примером DDC дает немедленные результаты и предоставляет платформу, на основе которой возможна дальнейшая оптимизация программного обеспечения.
Рабочий пример со скоростью передачи 12,8 ГБ/с.
В линейку дигитайзеров Spectrum Instrumentation входят карты PCIe на трех различных платформах (M2p, M4i и M5i). Они обеспечивают частоту дискретизации от 5 Мс/с до сверхбыстрых 10 Гс/с, разрешение от 8 до 16 бит и полосу пропускания от 2,5 МГц до более 3 ГГц. Серия M5i, показанная на рисунке 1, представляет собой топовую модель линейки, предлагающую самые высокие частоты дискретизации и максимальную полосу пропускания, при этом разрешение составляет 12 бит. Еще одной ключевой особенностью серии M5i является возможность передачи данных по шине PCIe со скоростью 12,8 ГБ/с, лидирующей на рынке.
На рисунке показаны скриншоты сигнала в частотной области до и после понижения частоты дискретизации. В данном случае для дискретизации входного сигнала с частотой 702 МГц использовалась плата оцифровки M5i.3337-x16 со скоростью 6,4 Гс/с. Полученные данные непрерывно передавались непосредственно на графический процессор Nvidia RTX A4000 с 6144 ядрами с максимальной скоростью передачи 12,8 ГБ/с. После этого работающий пример получает доступ к различным блокам обработки, необходимым для выполнения функции понижения частоты дискретизации. Это включает в себя прямой цифровой синтезатор (DDS), фильтр нижних частот и понижение частоты дискретизации. Графический процессор выполняет все необходимые задачи по понижению частоты дискретизации. В этом случае данные смешиваются со сложной синусоидой (генерируемой DDS), применяется скользящее среднее, результат децимируется (в данном случае в 512 раз), децимированные данные пропускаются через фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR), масштабируются, а затем обработанные данные передаются в память ПК для хранения (или дальнейшей обработки).
На двух скриншотах в частотной области видно, что отношение сигнал/шум уменьшенного сигнала (зеленый) улучшилось почти на 10 дБ по сравнению с исходным (желтый). Кроме того, размер файла данных был значительно уменьшен в 512 раз, но при этом он сохранил всю важную информацию в частотном диапазоне интересующего сигнала. Меньший файл данных теперь гораздо проще хранить, анализировать и визуализировать на стандартном ПК.
Отныне новая функция DDC является частью недорогого пакета SCAPP. Этот программный пакет необходим для объединения новых или существующих дигитайзеров Spectrum с видеокартой GPU.
