ドイツのSpectrum Instrumentation社は、最大1.25GS/sのサンプリングレートと最大400MHzの帯域幅を備えた多用途の16ビット任意波形発生器（AWG）製品向けに、新しいファームウェアオプションをリリースしました。この新しいオプションにより、ユーザはAWGカードごとに23個のDDSコアを定義でき、ハードウェア出力チャネルにルーティングできます。各DDSコア（正弦波）は、周波数、振幅、位相、周波数勾配、振幅勾配についてプログラムできます。これにより、たとえば量子実験でよく使用されるAODおよびAOMを介したレーザーの制御を、大規模なデータ配列計算を行う代わりに、いくつかの簡単なコマンドで実行できます。DDS出力は、外部トリガーイベントまたは6.4nsの分解能を持つプログラム可能なタイマーと同期できます。
製品紹介ビデオ (5:29)：https://youtu.be/PoT0cReolRE
DDS(Direct Digital Synthesis)は、単一の固定周波数リファレンスクロックから任意の周期の正弦波を生成する方法です。これは、さまざまな信号生成アプリケーションで広く使用されている技術です。Spectrum Instrumentation製AWGに実装されているDDS機能は、複数の「DDS コア」を追加して、各キャリアが独自の明確に定義された周波数、振幅、位相を持つマルチキャリア (マルチトーン) 信号を生成するという原理に基づいています。
▮ 任意波形発生器にDDSを使用する利点
通常のAWGモード(事前にプログラムされたデータから波形を生成する)とDDSモード(正弦波キャリアを生成するのに数個のコマンドのみを必要とする)を切り替える機能により、Spectrum製AWGは汎用性が高く、ほぼすべてのアプリケーションに適応できます。DDS モードでは、AWGはマルチトーンDDSのベースとして機能します。ユニットに組み込まれた 4 GByte のメモリと高速DMA転送モードにより、1秒あたり最大1,000万コマンドの速度でDDSコマンドをストリーミングできます。この独自の機能により、シンプルで使いやすいDDSコマンドを使用して、ユーザー定義のスロープ (S字型など) やさまざまな変調タイプ (FMやAMなど) を柔軟に実行できます。
▮ 量子実験におけるDDS
Spectrum製AWGは、これまで何年もの間先駆的な量子研究実験で世界中で使用されてきました。 2021年以来、Spectrum Instrumentation社は、Rymax Oneコンソーシアムの一員として、BMBF(ドイツ連邦教育研究省)の資金提供プログラム「quantum technologies – from basic research to market」に参加しています。このコンソーシアムの目的は、Quantum Optimizer を構築することです。 DDSオプションの開発は、コンソーシアムのパートナーや世界中の他の研究機関からのフィードバックに基づいています。Spectrum製のAWGの柔軟性と高速ストリーミングモードにより、GPUから直接データをストリーミングすることもでき、PCから直接Qubitsを制御できます。このようにAWGを使用すると、生成された波形を完全に制御できますが、膨大な量のデータを計算する必要があるという欠点があります。これにより、重要な意思決定ループが遅くなります。対照的に、多用途のマルチトーンDDS機能を使用すると、転送する必要があるデータの量が大幅に削減され、完全な制御を維持できます。量子研究に必要なすべての主要機能が組み込まれています。ユーザーはたった1つのコマンドで、固有の動的線形傾斜関数を適用し、周波数と振幅に極めてスムーズな変化を生み出すことができます。
▮ DDSはテスト、測定、通信における波形を制御します
多くの種類のテストシステムでは、正確な波形を生成し、容易に制御することが重要です。DDSオプションは、ユーザーが波形列、周波数スイープ、またはさまざまな周波数とプロファイルの微調整可能なリファレンスを生成するための、簡単でプログラム可能な方法を提供します。DDSが提供する高速周波数切り替えと微調整可能な周波数調整を必要とするアプリケーションは広く普及しています。産業、医療、イメージングシステム、ネットワーク分析、さらには通信技術で使用されており、キャリア上の位相および周波数変調を使用してデータがエンコードされます。
▮ DDSオプションの提供状況
DDSオプションは、M4i.66xx PCIeカード、M4x.66xx PXIeモジュール、ポータブル LXI/Ethernet DN2.66xユニット、マルチチャネルデスクトップ LXI/Ethernet DN6.66xx製品の全製品で現在利用可能です。ファームウェアアップデートを実行するだけで、以前に購入したすべての 66xxシリーズ製品に新しいファームウェアオプションを適用できます。プログラミングは、製品に含まれている既存のドライバーSDKを使用して行うことができます。 Python、C++、MATLAB、LabVIEW などのサンプルが用意されています。このオプションは現在利用可能です。
Spectrum製AWG製品ラインナップ
| M4x.6631-x4 | 1.25GHz 高速D/A ボード (PXIe) |
| M4x.6622-x4 | 625MHz 高速D/A ボード (PXIe) |
| M4i.6631-x8 | 1.25GHz 高速D/A ボード (PCIe) |
| M4i.6622-x8 | 625MHz 高速D/A ボード (PCIe) |
| DN2.663-04 | 1.25GHz 高速D/A搭載 多チャンネル LAN接続D/Aボックス (ボックス) |
| DN2.662-08 | 625MHz D/A搭載 多チャンネル LAN接続D/Aボックス (ボックス) |