스펙트럼 인스트루먼트(Spectrum Instrumentation)가 최대 1.25 GS/s의 샘플링 속도와 최대 400MHz 대역폭을 지원하는 16비트 임의 파형 발생기(AWG) 제품군에 대한 새로운 펌웨어 옵션을 출시했다고 밝혔다. 

본 옵션은 AWG 카드당 23개의 DDS(Direct Digital Synthesis) 코어를 정의해 하드웨어 출력 채널로의 라우팅을 지원한다. 각 DDS 코어(사인파)는 주파수, 진폭, 위상, 주파수와 진폭의 기울기를 프로그래밍할 수 있다. 이는 양자 실험에서 자주 사용되는 AOD 및 AOM을 통한 레이저 제어를 대규모 데이터 배열 계산이 아닌 몇 가지 간단한 명령만으로 가능하게 한다. DDS 출력은 외부 트리거 이벤트 또는 6.4ns의 분해능을 가진 프로그래밍 가능한 타이머를 통해 동기화된다.

DDS는 단일 고정 주파수 레퍼런스 클록에서 임의의 주기적인 구형파를 생성하는 방법으로 다양한 신호 생성 애플리케이션에 사용된다. 스펙트럼 AWG 제품에 구현된 DDS 기능은 여러 개의 'DDS 코어'를 추가하여 각 캐리어가 고유 주파수, 진폭 및 위상을 가진 다중 캐리어(다중 톤) 신호를 생성하는 원리를 기반으로 한다.

스펙트럼 AWG는 사전 프로그래밍된 데이터로부터 파형을 생성하는 일반적인 AWG 모드와 몇 가지 명령만으로 사인파 캐리어를 생성하는 DDS 모드 간 전환이 자유로워 거의 모든 애플리케이션에 적용 가능하다. DDS 모드에서 AWG는 다중 톤 DDS의 기반이 된다. 장치에 내장된 4기가바이트 메모리와 고속 DMA 전송 모드를 사용하면 초당 1,000만 명령을 내리는 속도로 DDS 명령을 스트리밍할 수 있다. 또한, 간단하고 사용하기 쉬운 DDS 명령으로 S자형 등 사용자 정의 슬로프와 FM 및 AM과 같은 다양한 변조방식 수행하는 등 유연성을 더한다.

스펙트럼의 AWG는 세계적으로 양자 연구 실험에 수년간 성공적으로 사용되어 왔다. 스펙트럼 인스트루먼트는 2021년부터 독일 연방 교육연구부(BMBF)의 자금 지원 프로그램에 Rymax One 컨소시엄의 일원으로 참여하고 있다. Rymax One 컨소시엄은 퀀텀 옵티마이저 구축을 목표로 한다. DDS 옵션은 컨소시엄 파트너 및 전 세계 다른 연구 기관의 피드백을 기반으로 개발되었다.

스펙트럼 AWG의 유연성과 고속 스트리밍 모드는 GPU에서 바로 데이터를 스트리밍해 PC에서 직접 큐비트를 제어할 수 있게 한다. 다만, 이러한 방식으로 AWG를 사용하면 생성된 파형을 완벽하게 제어할 수 있지만, 방대한 양의 데이터를 계산해야 하므로 중요한 의사 결정 과정을 늦추는 원인이 되기도 한다. 반면, 다중 톤 DDS 기능을 사용하면 데이터 전송량을 줄이면서도 이를 완벽하게 제어할 수 있다. 또한, 양자 연구에 필요한 모든 주요 기능도 내장되어 있다. 사용자는 단 한 번의 명령만으로 내재 동적 선형 기울기 함수(Intrinsic dynamic liner slope)를 적용하여 주파수와 진폭을 완만하게 변경할 수 있다.

테스트 시스템에서는 정확한 파형을 생성하고 이를 손쉽게 제어하는 것이 중요하다. DDS 옵션은 사용자가 파형 연결, 주파수 그리기 또는 미세 조정이 가능한 다양한 주파수 및 프로파일의 레퍼런스를 쉽게 프로그래밍할 수 있도록 한다. DDS가 지원하는 빠른 주파수 전환 및 미세 주파수 조정 기능은 산업, 의료 및 이미징 시스템, 네트워크 분석, 캐리어의 위상 및 주파수 변조로 데이터를 인코딩하는 통신 기술 등 필요한 애플리케이션에서 광범위하게 사용되고 있다.

현재 모든 M4i.66xx PCIe 카드, M4x.66xx PXIe 모듈, 휴대용 LXI/Ethernet DN2.66x 유닛 및 멀티채널 데스크탑 LXI/Ethernet DN6.66xx 제품에서 DDS 옵션을 사용할 수 있다. 펌웨어를 업데이트하면 이전에 구매한 모든 66xx 시리즈 제품에 새로운 펌웨어 옵션을 사용할 수 있다. 프로그래밍의 경우, 배송에 포함된 기존 드라이버 SDK를 통해 수행 가능하며, Python, C++, MATLAB, LabVIEW 등의 예제를 사용할 수 있다. 이 옵션은 지금 바로 사용할 수 있다.