La línea completa de tarjetas digitalizadoras PCIe de Spectrum Instrumentation ahora puede realizar la conversión digital descendente (DDC) gracias a una opción de bajo coste que utiliza una tarjeta GPU externa para el procesamiento continuo "sobre la marcha". La DDC es una potente técnica que se utiliza habitualmente en una amplia gama de sistemas de comunicación, como la radio digital, el radar, la telefonía móvil o las comunicaciones espaciales o por satélite.

En el proceso DDC, las señales de RF o microondas se convierten a banda base, que contiene la señal de interés. La conversión reduce drásticamente el conjunto de datos resultante, al tiempo que mejora la calidad de la señal y la precisión de las mediciones. Spectrum Instrumentation dispone de 48 digitalizadores basados en PCIe diferentes (con velocidades de muestreo de 5 MS/s a 10 GS/s) que pueden ejecutar la nueva función DDC, por lo que los clientes pueden seleccionar el modelo "Perfect-Fit" para su aplicación.

¿DDC con FPGA integrada o tarjeta GPU externa?
La mayoría de las implementaciones de digitalizadores DDC utilizan tecnología FPGA (Field Programmable Gate Array) integrada. Las señales analógicas entrantes se convierten en datos digitales antes de pasar a la FPGA para su conversión descendente. Este método es rápido y eficaz, pero tiene sus limitaciones. Necesita una tecnología FPGA grande y cara, así como un firmware creado a propósito. La personalización del firmware también supone un reto, ya que requiere conocimientos especializados de desarrollo de firmware y costosas herramientas de software. Utilizando el kit de desarrollo de software SCAPP (Spectrum's CUDA Access for Parallel Processing) de la compañía, los datos adquiridos por el digitalizador pueden transmitirse a través del bus PCIe del digitalizador directamente a una GPU basada en CUDA. La GPU, que puede tener miles de núcleos trabajando en paralelo, permite entonces crear el software de procesamiento utilizando el lenguaje C/C++. Esto facilita enormemente la implementación del DDC, ya que la personalización puede realizarse con conocimientos normales de programación. Empezar con un ejemplo de DDC probado ofrece resultados inmediatos y proporciona una plataforma a partir de la cual es posible una mayor optimización del software.

Un ejemplo en funcionamiento con velocidades de transmisión de 12,8 GB/s
La gama de digitalizadores de Spectrum Instrumentation incluye tarjetas PCIe en tres plataformas diferentes (M2p, M4i y M5i). Ofrecen velocidades de muestreo desde 5 MS/s hasta 10 GS/s ultrarrápidos, con resoluciones de 8 a 16 bits y anchos de banda de 2,5 MHz a más de 3 GHz. La serie M5i, mostrada en la figura 1, representa el tope de gama, ya que ofrece las velocidades de muestreo más rápidas y los mayores anchos de banda, todo ello con una resolución de 12 bits. Otra característica clave de la serie M5i es su capacidad para transmitir datos a través del bus PCIe a una velocidad líder en el mercado de 12,8 GB/s.

La figura muestra capturas de pantalla en el dominio de la frecuencia de una señal antes y después de la conversión descendente. En este caso, se utilizó una tarjeta digitalizadora M5i.3337-x16 para muestrear una señal de entrada de 702 MHz a una velocidad de 6,4 GS/s. Los datos adquiridos se transmitieron de forma continua directamente a la tarjeta digitalizadora. Los datos adquiridos se transmitieron de forma continua directamente a una GPU Nvidia RTX A4000, con 6144 núcleos, a una velocidad de transferencia máxima de 12,8 GB/s. Una vez allí, el ejemplo de trabajo dispone de los diversos bloques de procesamiento necesarios para llevar a cabo la función DDC. Esto incluye un sintetizador digital directo (DDS), filtrado de paso bajo y muestreo descendente. La GPU realiza todas las tareas DDC necesarias. En este caso, mezcla los datos con una sinusoide compleja (generada por el DDS), aplica una media móvil, diezma el resultado (en este caso por un factor de 512), pasa los datos diezmados a través de un filtro de respuesta finita al impulso (FIR), los reescala y, a continuación, transfiere los datos procesados a la memoria del PC para su almacenamiento (o procesamiento posterior).

Las dos capturas de pantalla en el dominio de la frecuencia muestran que la relación señal/ruido de la señal reducida (verde) ha mejorado en casi 10 dB con respecto a la original (amarilla). Además, el archivo de datos se ha reducido drásticamente en un factor de 512, pero sigue conservando toda la información importante en el rango de frecuencias de la señal de interés. El archivo de datos más pequeño es ahora mucho más fácil de almacenar, analizar y visualizar en un PC convencional.

A partir de ahora, la nueva función DDC forma parte del paquete SCAPP de bajo coste. Este paquete de software es necesario para combinar digitalizadores Spectrum nuevos o ya existentes con una tarjeta GPU.

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