Keysight任意波形发生器M8199B的性能指标及典型应用

1. 是德科技为AWG树立了行业标杆

随着光通信、毫米波雷达以及高速数字链路技术不断突破传统极限，对于任意波形发生器（AWG）的要求也达到了前所未有的高度。Keysight 的AWG M8199B，以超高的性能刷新了商用 AWG 的性能上限，为下一代高速系统的研发树立了新的标杆。

M8199B 具备 200–256 GSa/s 的连续可调超高速采样率，可生成超过 160 GBaud 的高速信号，适用于超高速光通信前沿研究，使其成为测试未来 Tb/s 级光模块的关键工具。

标称模拟带宽超过 80 GHz，能够完全覆盖高阶调制（QAM、PAM 等）以及 160 GBaud 信号所需的频谱范围，可理想用于相干光 IQ 调制器驱动和毫米波/超宽带雷达系统的 IF 信号生成，满足未来超宽带无线系统开发的需求。

输出能力达到2 Vpp @160 GBaud，让 M8199B 能够直接驱动许多高速光调制器与有源器件，适合高速光调制器直驱实验，有效降低对额外放大链路的依赖。

M8199B 支持最多 8 通道同步（4 模块级联），实现稳定的多路输出，非常适合双偏振相干光收发机开发或高速 MIMO / 多天线雷达激励，为多通道相干系统和阵列系统提供关键的高精度时序一致性。

2. AWG的性能该用什么来保证

上一章节中我们已经简要介绍了Keysight 最新的 AWG 的关键性能指标及其在高速/宽带系统中的典型应用。在高带宽、超高速符号率的条件下，任何幅度、频响、相位/群时延、时间基准或抖动的微小误差都会被进一步放大，并直接投射到用户可以观测到的指标，例如：眼图开口，星座图EVM，邻道泄漏与频谱纯度，多通道信号的时间对齐等参数。

下面两个示例分别是眼图和星座图，从不同显示维度展现了 AWG 的 综合性能。

图1. 180 Gbaud NRZ, RC – Roll-off = 0.3的眼图

图2. 64QAM at 160 GBaud

(1.92 Tb/s using a 4-channel system)

然而，在实际研发或生产应用中，我们不仅需要看到“理想的波形”，还需要能够量化的表征仪表的性能。Keysight 原厂校准服务和发布的指标手册将 AWG 的“真实性能”拆解成一个个可以量化的基础参数，正是这些基础参数保证了AWG在时域和频域上的综合性能。下面我们就这些AWG的基础参数做简要介绍。

2.1标记输出（Sample Marker/Sync Marker）：幅度准确度与跃迁时间

在Keysight提供的校准服务中，校准针对AWG的 Sample Marker 与 Sync Marker 两个端口分别检查两件事：一是标记电平的幅度准确度是否与设定值一致；二是标记边沿的跃迁时间（上升/下降）是否足够快。幅度准确度衡量的是能否把多个模块或设备之间的同步触发点固定在一个可追溯的电平上，避免因为标记电平的轻微漂移而导致同步不够稳定；跃迁时间则直接关联边沿的陡峭度与门限穿越的不确定度，边沿越干净，跨设备、跨连接的触发/锁定窗口越稳定。两项指标配合起来，为系统级同步打下了坚实的基础。

之前提到，M8199B支持四个模块级联同步发射8个通道的高速信号，这就要求跨机箱的触发抖动极低，实现多模块之间稳定的级联。下面图示是Keysight提供的测量报告给出的通道A的Sync Marker（同步标记）的跃迁时间和幅度准确度的示例，报告中给出了Sync Marker的上升沿，下降沿，和不同标称幅度下的幅度准确度测量值（已隐藏）和严格的限值。

2.2激励信号输出端口：电平准确度/跃迁时间/光调制幅度

在数字/光电测试场景中，Keysight通过校准电平准确度（AC Accuracy）、跃迁时间（Transition Time）和光调制幅度（Optical Modulation Amplitude）共同定义了 AWG作为标准高速激励源的基本指标。

• 幅度精度（AC Accuracy）

幅度精度表征 AWG 在目标带宽内对设定电平与摆幅的复现能力，包括通道增益、频响平坦度和端接匹配后的实际输出幅度与设定值的一致性。

幅度精度指标直接影响眼图垂直裕量、噪声容限与误码率（BER）的可信度。偏差过大的话，会因为标准信号不理想而导致测试结果不可靠；在多通道/差分测试中，会带来通道间幅度不一致，影响串扰评估、均衡收敛与链路训练稳定性。Keysight的校准报告针对一组标称幅度数值进行测量，用于评估是否满足指标。

• 跃迁时间（Transition Time）

跃迁时间表征 AWG输出的数据在的上升/下降沿的最短时间，直接表现为信号边沿能否在一个符号周期内充分完成且形态稳定。

边沿过慢或形态不稳会增加码间干扰（ISI），压缩眼图水平开口，导致 BER 随速率上升显著恶化；同时使时钟恢复（CDR）/阈值/均衡的训练时间变长或收敛失败。Keysight的校准报告显示在256GSample/s的采样率下进行测试，上升沿和下降沿均不能超过3.3ps数值，这是一个非常优秀的指标。

• 光调制幅度（OMA）

OMA电压是指 AWG 在驱动光调制链路（驱动器 + 调制器 + 偏置点）时，为满足光端 OMA的规范所提供的电学输出电压能力，表征在规定带宽下的有效可用电压。

若 OMA 电压不满足要求时，会导致 BER 偏高、链路训练不稳等问题。该指标为不同速率、制式（NRZ/PAM4）和调制器 Vπ 的适配提供清晰的电驱门槛，保证电-光链路测试结果的可靠性。Keysight的校准报告显示在256GSample/s的采样率下进行OMA电压测试，并规定了最小限值。

最后，需要强调的是在 AWG 的激励信号输出端，幅度准确度，跃迁时间与 OMA 电压共同决定了作为数字/电光测试激励源的有效性与可重复性。

2.3激励信号输出端口：动态性能典型值（SINAD、SNR、SFDR、THD）

除了前面介绍的性能指标之外，Keysight的指标手册还为客户提供了AWG在动态性能方面的典型值（典型值是指80%以上的出厂仪表能够满足的特征值），这些典型值也为用户使用AWG提供了重要指导性数据，简要介绍如下：

SINAD（Signal-to-Noise and Distortion Ratio）信噪加失真比

SINAD 是 DAC 输出正弦波 RMS 幅度与噪声 + 失真（包括所有谐波）RMS幅度之比。

即同时包含噪声与所有非基波成分。

SNR（Signal-to-Noise Ratio）信噪比

SNR 是 DAC 输出的 正弦波 RMS 幅度与噪声 RMS（不包括谐波）的比值。

即：只计算噪声，不包括失真谐波。

SFDR（Spurious-Free Dynamic Range）无杂散动态范围

SFDR 是 基波幅度与频带中最大杂散（spur）幅度（可能是谐波或非谐波）之间的差值。

THD（Total Harmonic Distortion）总谐波失真

THD 是谐波成分（通常为第 2–10 次谐波）的 RMS 总和与基波 RMS 的比值。用于衡量 DAC 的谐波失真程度。

Keysight M8199B 数据手册提供的动态性能典型值

上述一系列的动态性能指标用于保障AWG能够产生一个“纯净的”信号。面向通信（高阶 QAM/OFDM），谐波与 THD 的下降意味着幅相失真更小，EVM 的误差更小；较高的 SNR 与 SFDR 让ACLR/ACPR 变得更好，这些参数决定了邻道与旁瓣的“干净程度”。对于高速数字信号，良好的非线性和噪声指标让多电平之间的判决边界更清晰，眼图开口更清晰与 BER 余量更高。

2.4Keysight 原厂校准的价值：项目覆盖、维修调整能力与闭环呈现

Keysight提供的AWG原厂校准是基于对仪表本身内部设计深入理解的基础上开发的校准程序，对关键参数和测量点实现了全面覆盖，并且提供测量—调整/维修—复测的闭环能力。

首先从计量参数上来看，Keysight 设计的AWG校准项目是基于仪表的内部设计和客户真实应用来开发的，例如Sample Marker，Sync Marker，会真正的影响到信号/模块同步，SNR直接表示为信号抖动，OMA电压则会影响光通信链路的有效光学调制幅度。当客户的AWG用于高速数字信号测试或者是电-光系统测试时，这些参数是非常重要的指标。但是，由于我们的国家标准《JJF 1152-2006 任意波形发生器校准规范》由于发布时间较早，对于超高速AWG的部分应用和光通信测试应用考虑不周全，所以我国的JJF校准规范并没有包含这些项目。通常第三方校准实验室会把JJF校准规范作为指导性的校准文件，从而导致缺少对这些项目的校准。这就是Keysight原厂校准区别与第三方校准的一个典型案例。

除了计量参数的区别之外，Keysight校准中心为客户提供测量—调整/维修—复测的闭环能力。Keysight作为仪表厂家，针对客户的仪表除了提供校准服务之外，当某些项目出现“超差”情况的时候，在不需要维修的情况下，Keysight服务中心可以利用自有的标准设备对被测仪表的部分指标进行调整（Adjustment）来修复被测设备的指标；当被测设备出现的问题无法通过调整来修复指标时，还可以对仪表进行维修服务来修复指标。在执行了调整/维修服务后，Keysight服务中心会对仪表进行再次校准以确保仪表的性能满足要求。这样，Keysight提供的校准报告会提供“调整/维修”前和后两套数据，以供客户对校准前后的测量值进行对比，这种一站式的测量—调整/维修—复测的一站式为客户带来了良好的售后体验，确保客户拿回来的设备是一台完好可用的设备。

3. 小结

在高速宽带和相干光通信测试需求不断提升的背景下，AWG已成为系统验证中不可或缺的标准激励源。要让 AWG 在复杂应用中保持可信、稳定与可复现，其关键在于卓越的硬件性能，量化指标控制与可靠校准体系 的共同保障。Keysight能够为客户完善的校准/调整/维修的一站式服务，确保仪表的真实性能，避免激励源成为测量不确定度的来源。归根结底，只有“性能 + 指标 + 校准”三者形成闭环，AWG 才能真正作为可靠的激励标准源服务于研发与测试工作。

文章作者：王立春

出生于1980年2月20日，在哈尔滨工程大学和中国科学院计算与通信工程学院获得通信工程学士和工程硕士学位，先后在航天科工集团第二研究院以及罗德与施瓦茨科技有限公司从事无线电测量相关的工作，2018年加入是德科技后专注于计量与测量技术的研发工作。

瓦力大作战问题

Keysight针对AWG提供的原厂校准将上升/下降沿（例如 ≤3.3 ps@256 GSa/s）纳入校准项目的应用意义在于：

A.边沿限值主要用于抑制宽带底噪漂移并统一测量带宽定义；对符号间干扰（ISI）的实质性影响有限，因此对眼图开口与 BER 的贡献通常不属于主导因素。

B.通过保证边沿足够快且形态稳定，直接减少 ISI、扩大眼图水平开口，对系统动态范围（如 SINAD/SNR/SFDR）仅属间接影响因素，其贡献通常不属于主导因素。

C.边沿限值主要用于优化触发相关的参考电平一致性，使频域测量结果更易对齐；在多载波与高阶调制下，星座扩散仍以噪声与非线性为主，边沿速率对 EVM 的贡献通常不属于主导因素。

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