CN111600605B - 一种实现测控板卡dac输出幅值补偿的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法和系统,方法包括:基于设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求,确定补偿电路模型;根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿。本发明实施例通过DAC芯片本身的输出幅值进行验证,可以更好的对设置在测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,最大程度降低DAC芯片本身的sinc效应带来的影响。
Description
技术领域
本申请涉及量子通信技术领域,尤其涉及一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法和系统,尤其涉及一种PXIe测控板卡DAC输出幅值补偿方法和系统。
背景技术
目前随着量子信息科学领域的不断发展,研究活动也随之迅速增加,量子科学有可能在不远的未来取得巨大的技术进步,对以后计算与通信领域产生巨大影响,而在研究量子位的行为中,因量子位的信息受到不同物理条件的影响,AWG(Arbitrary WaveformGenerator,任意波形发生器)等各类精准的数字化仪器起着至关重要的作用。
PXIe的核心仍然是PCI总线,但是额外增加了时钟和同步触发总线,增加的时钟和同步触发信号使其在测量、通信、工业自动化等领域拥有更大的技术优势。PXI Express相对PXI最显著的改进和优势就在于它融入PCI Express的特点,采用串行传输,点到点的总线拓扑结构。不同于PXI在所有总线设备间分享带宽,PXI Express为每一个设备提供单独的传输通道。
AWG的原理是把所需重现的信号波形截取一个周期进行均匀采样后保存在存储器中,然后把存储器中的数据按顺序读出经数模转换器及滤波网络后得到所需波形。AWG通常包括的DAC(数模转换器)是核心器件,理论上希望DAC的输出输出信号通频带内输出幅值是恒定的,而实际中DAC输出因sinc效应的存在,输出信号幅值会随着输出频率的增大而减小,具体与DAC的采样频率及DAC的驱动能力均有关系。因此,如何从DAC输出端的补偿电路进行合理的幅值补偿是非常有必要的。
发明内容
本说明书实施例提供一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法和系统,用于解决现有技术中的如下技术问题:
DAC芯片的信号输出因sinc效应存在,输出端幅值会随着输出频率的增大而减小。
本说明书实施例采用下述技术方案:
本发明实施例的第一方面提供了一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法,包括:
基于设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求,确定补偿电路模型;
根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿。
在一个示例中,还包括:
根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数;
通过所述非线性元件的实际参数,确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果。
在一个示例中,所述通过所述非线性元件的实际参数,确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果,包括:
通过所述补偿电路模型验证所述非线性元件的实际参数,确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果。
在一个示例中,所述根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述非线性元件的实际参数之前,还包括:
将所述非线性元件的阻抗随频率变化的参数进行数据处理,得到所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系。
在一个示例中,所述确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数,包括:
将所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,在对应频率处相乘,得到所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出信号的峰峰值在指定通频带内的曲线;
通过调整所述非线性元件的参数,将所述曲线趋近于数值恒定的直线,以确定所述非线性元件的实际参数。
在一个示例中,所述通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,包括:
依次通过第一级运放和第二级运放对所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,其中,所述第一级运放是全差分运放,所述第二级运放是差分转单端输出运放。
在一个示例中,所述补偿电路模型包括LR并联补偿网络和RC并联补偿网络。
在一个示例中,所述设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求包括:输出信号类型、输出管脚摆幅和输出信号峰峰值。
在一个示例中,还包括:测量DAC芯片本身输出端幅值,测量步骤包括:
测量所述DAC芯片本身输出端幅值在指定通频带内,多个频率下的最大输出值;
将测量获得的最大输出值进行数据处理,得到所述DAC芯片本身输出的sinc效应曲线。
本发明实施例的第二方面提供了一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的系统,包括:
测量模块,所述测量模块用于测量DAC芯片本身输出端幅值;
补偿电路模型,所述补偿电路模型用于根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿;
模型参数确定模块,所述模型参数确定模块用于根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数;以及
验证模块,所述验证模块用于根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果:
通过DAC芯片本身的输出幅值进行验证,可以更好的对设置在测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,最大程度降低DAC芯片本身的sinc效应带来的影响。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例提供的方法流程示意图;
图2为本发明实施例提供的补偿电路模型示意图;
图3为本发明实施例提供的系统框架示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于说明书中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
AWG(Arbitrary Waveform Generator,任意波形发生器)具备灵活的信号产生能力,用途广泛。近年来随着量子信息科学领域的不断发展,精准的数字化仪器如AWG等在量子位的行为研究中起着至关重要的作用,因此对AWG的需求量变大,要求也变得更高。AWG中采用的DAC因sinc效应(输出幅值随频率的增大会变小)的存在,输出信号的幅值会随输出信号频率的增大而减小,导致测控板卡在实际使用中输出高频信号时的可操作幅值范围变小,特别是对输出信号能量有一定要求的场合,还需要添加功放模块,增大操作复杂度,因此研究如何补偿测控板卡DAC输出幅值随输出频率的升高而降低是非常有必要的。
本发明实施例提供了一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法及相应方法,可以结合测控板卡的具体的幅值设计要求及所选DAC芯片性能,选择合适的信号放大补偿电路模型,通过实际测试参数及所选非线性元件参数的拟合曲线,使得测控板卡输出信号幅值在整个通频带内近似相等,增强测控板卡的可操作性。
以下结合附图,详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本发明实施例提供的方法流程示意图。如图所示,方法包括:
S101基于设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求,确定补偿电路模型;
S102根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿。
根据本发明的具体实施例,步骤S101中,可以结合测控板卡的具体的幅值设计要求及所选DAC芯片性能,选取合适的信号放大补偿电路模型,比如,补偿电路模型中非线性元件的参数和每一级运放的类型等。
在本发明的一些具体的实施方式中,首先对选取的DAC芯片进行测量,测量的步骤大致包括:
直接测量DAC芯片本身输出端幅值在所需同频带内,不同频率下的最大输出值。将测量获得的最大输出值输入到数据处理软件中,例如Matlab,即可得到DAC芯片本身的实际输出sinc效应曲线,可以理解的是,所测得的不同频率点对应的幅值数据越多,曲线越准确,最后通过补偿电路模型得出的幅值补偿会更准确。
根据本发明的具体实施例,基于设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求,确定测控板卡(其上设置有DAC芯片,下同)的输出端幅值补偿电路模型,下面通过一个具体的应用实例进行介绍。
测控板卡DAC芯片的型号是DAC5682Z实现,输出信号为差分信号,输出管脚最大变化摆幅为0.5V,要求的输出信号峰峰值为3Vpp。图2为本发明实施例提供的补偿电路模型示意图,如图2所示,选取的补偿电路模型采用两级运放的方式实现,第一级采用全差分运放(型号ADA4927),第二级采用差分转单端输出运放(型号lmh6702)。
补偿电路模型中设置有LR并联补偿网络和RC并联补偿网络,利用补偿电路模型中的电阻电容等非线性器件阻抗随频率变化的特性,当DAC芯片输出幅值随频率增大而减小的情况下,补偿电路模型的加入增大相应调理电路的放大倍数,最终达到测控板卡输出信号峰峰值在通频带内保持近似恒定的效果。
根据本发明的具体实施例,本发明的方法还可以通过补偿电路模型中的非线性元件的参数对测控板卡的输出幅值进行验证,具体的方法包括:
将补偿电路模型中的非线性元件(电容与电感等)的阻抗随频率变化的参数模型导入数据处理软件中,可以得到补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系。然后,将所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,在对应频率处相乘,得到所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出信号的峰峰值在指定通频带内的曲线;通过调整所述非线性元件的参数,将所述曲线趋近于数值恒定的直线,以确定所述非线性元件的实际参数。
最后,通过补偿电路模型验证所述非线性元件的实际参数,通过该实际参数的合理性,比如该实际参数是否位于指定的阈值范围内,来确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果。
综上所述,本发明实施例的方法通过DAC芯片本身的输出幅值进行验证,可以更好的对设置在测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,最大程度降低DAC芯片本身的sinc效应带来的影响。
基于同样的思路,本申请的一些实施例还提供了上述方法对应的系统
图3为本发明实施例提供的系统框架示意图,如图3所示,实现测控板卡DAC输出幅值补偿的系统,包括:
测量模块,所述测量模块用于测量DAC芯片本身输出端幅值;
补偿电路模型,所述补偿电路模型用于根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿;
模型参数确定模块,所述模型参数确定模块用于根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数;以及
验证模块,所述验证模块用于根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请实施例提供的系统与方法是对应的,因此,设备和介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果,由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明,因此,这里不再赘述设备和介质的有益技术效果。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的方法,其特征在于,包括:
基于设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求,确定补偿电路模型;
将非线性元件的阻抗随频率变化的参数进行数据处理,得到所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系;
根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数,包括:将所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,在对应频率处相乘,得到所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出信号的峰峰值在指定同频带内的曲线;通过调整所述非线性元件的参数,将所述曲线趋近于数值恒定的直线,以确定所述非线性元件的实际参数;
通过所述非线性元件的实际参数,确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果,包括:通过所述补偿电路模型验证所述非线性元件的实际参数,确定所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值的补偿效果;
测量DAC芯片本身输出端幅值,测量步骤包括:测量所述DAC芯片本身输出端幅值在指定同频带内,多个频率下的最大输出值;将测量获得的最大输出值进行数据处理,得到所述DAC芯片本身输出的sinc效应曲线;
根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,包括:依次通过第一级运放和第二级运放对所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,其中,所述第一级运放是全差分运放,所述第二级运放是差分转单端输出运放;其中,设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求包括:输出信号类型、输出管脚摆幅和输出信号峰峰值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述补偿电路模型包括LR并联补偿网络和RC并联补偿网络。
3.一种实现测控板卡DAC输出幅值补偿的系统,其特征在于,包括:
测量模块,所述测量模块用于测量DAC芯片本身输出端幅值;
补偿电路模型,所述补偿电路模型用于根据DAC芯片本身输出端幅值,通过所述补偿电路模型中的多级运放对设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,包括:依次通过第一级运放和第二级运放对所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出端幅值进行补偿,其中,所述第一级运放是全差分运放,所述第二级运放是差分转单端输出运放;其中,设置于测控板卡上的DAC芯片特性和测控板卡的输出端幅值要求包括:输出信号类型、输出管脚摆幅和输出信号峰峰值;
模型参数确定模块,所述模型参数确定模块用于将非线性元件的阻抗随频率变化的参数进行数据处理,得到所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系;根据所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,确定所述补偿电路模型中的非线性元件的实际参数,包括:将所述DAC芯片本身的输出端幅值与所述补偿电路模型的放大倍数与频率变化的关系,在对应频率处相乘,得到所述设置于测控板卡上的DAC芯片的输出信号的峰峰值在指定通频带内的曲线;通过调整所述非线性元件的参数,将所述曲线趋近于数值恒定的直线,以确定所述非线性元件的实际参数;以及,测量DAC芯片本身输出端幅值,测量步骤包括:测量所述DAC芯片本身输出端幅值在指定通频带内,多个频率下的最大输出值;将测量获得的最大输出值进行数据处理,得到所述DAC芯片本身输出的sinc效应曲线;
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