我如何使用NI的信号发生器来完成波形的叠加

主要软件: Driver Software>>NI-FGEN
主要软件版本: 14.0
主要软件修正版本: N/A
次要软件: N/A
硬件: Signal Sources (AWG/FG/AO)>>Arbitrary Waveform and Function Generators>>PXIe-5451

问题: 从我的NI信号发生器说明书上得知，我的设备可以支持相似通道的数据叠加。我该如何使用这种波形叠加功能来获得相比于单一信号发生设备所能得到的最大波形更大幅度的波形？

解答:

为了使用NI波形发生器的波形叠加功能，所有的设备都需要被同步，并使用相同长度的缆线尽可能近距离的相连。波形叠加只能在相似通路的输出端得到，这也就意味着需要使用相同型号的设备，例如多台NI PXIe-5421，或者一个双通道设备的两个通道，例如NI PXIe-5451的两个通道。图1显示了一个典型NI信号发生器的输出端，使得负载端的电压为 Vout，ARB生成的信号为Varb。假设 RL = RO = 50Ω, V_out = [ R_L / ( R_L + R_O ) ] V_arb = [1/2] V_arb.

图 1. 典型的输出端

图 2. 两个输出端短接

图2显示了两个相似通道的短接。由以下假设，可以简化电路：

两个输出端生成的电压是完全等同的。
电阻 R_O 是完全等同的。
使用了理想线缆。

图 3. 简化的两输出短接相连电路

通常，以下关于N个NI信号发生器短接在一起的公式是成立的：

由简化电路得到的等效电压 V_arbeff 是所有N个由通道短接得到的 V_arb 的平均值。以图3为例，使得 V_arb1 和 V_arb2 为第1、第2个通道分别生成的电压。假设两个通道生成的电压是相等的，则有：V_arbeff = [V_arb1 + V_arb2] / 2 = V_arb1 = V_arb2.
等效电阻R_Oeff 等于N个R_O 并联，以图3为例，使得R_O1 and R_O2 分别为第1、第2个通道的输出阻抗，假设R_O1 = R_O2 = 50Ω，则有： R_Oeff = R_O1 ∥ R_O2 = 50Ω ∥ 50Ω = 25Ω.

在图3的简化电路中，R_O = 25Ω. 而两个输出段短接得到的电压输出：V_out = [ R_L / ( R_L + R_O ) ] V_arb = [2/3] V_arb . 通过这样的设置，我们在负载端电压能得到16.67% 的提升。
为了得到最好的波形叠加效果，确保：

每个输出通道的输出电压等同且设备同步。
使用等长线缆。
使用尽可能使阻抗为R_L 的短接，来减少阻抗不匹配造成的反射。一个高质量的BNC T-adapter可以完成短接。
RL 不可以远大于R_O, 否则 V_out = [ R_L / ( R_L + R_O ) ] V_arb 将变成 V_out = V_arb ，不再由叠加在一起的NI信号发生器输出来决定。只有当 R_L ≈ 1MΩ 或相近，才可以使RL远大于R_O 。
不要对输出阻抗要求为 75 Ω的模拟信号进行波形的叠加。