HDAWG
750 MHz 任意波形発生器
主な特長
- 2.4 GSa/s、16 ビット、750 MHz 信号帯域
- 5 Vpp 最大振幅
- 144 出力チャンネルまで拡張可能
- 高いチャンネル密度
- 50 ns 以下のトリガ-出力間の遅延
- 複数の周波数でデジタル変調
- LabOne® AWG シーケンサとコンパイラ
- LabOne® , LabOne Q, APIからのコントロール
Variants
価格
CHF 19,400
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Zurich Instruments HDAWG 多チャンネル任意波形発生器 (AWG) は、このクラスでは最高レベルのチャンネル密度を実現し、最高 750 MHz 帯域までの高度な信号生成が可能です。HDAWG には、16ビットの垂直分解能を持つ、4または8個の DC カップリング、シングルエンド アナログ出力チャンネルがあり、出力は、広帯域と低ノイズなDirectモードと、振幅を最大 5 Vpp のAmplifiedモードをチャンネル毎に設定可能です。またPQSCを使用し18台のHDAWGの同期動作も可能です。
LabOne は、最新プログラミングコンセプトを採用し、使いやすい関数発生器を備えた AWG のパフォーマンスと柔軟性を実現します。プラットフォームが独立した LabOne ユーザーインターフェイス (UI) と LabOne Qソフトウエアフレームワーク、Python , C, MATLAB®、C、および LabVIEW™向け API は、既存の制御環境の簡単な測定オートメーションと高速統合を可能にします。
量子コンピューティングのアプリケーション
- シングルおよびマルチ量子ビットのゲート操作による量子ビットのコヒーレント操作
- プレコンペンセーションによる磁束とゲート電圧パルス生成
- エラー訂正のためのリアルタイム、低レイテンシ、グローバルフィードバック
サポートする量子ビットのタイプ
- 超伝導量子ビット（トランソン、フラクソニウムなど）
- スピン量子ビット
- カラーセンター（NV、SiVなど）
その他の主なアプリケーション
- NMRおよびEPR分光法
- レーダー及びLIDAR
- 半導体検査
効率的なAWGプログラミング
HDAWGでは、2つの主な使用ケースに合わせた2つのシーケンス・プログラミング・インターフェースが使用できます。
LabOne Qは量子コンピューティングにおける複数装置セットアップに向いており、LabOne AWGシーケンサーは量子技術・工学における単一装置セットアップに向いています。
LabOne AWGシーケンサーは、波形生成、シーケンス、およびリアルタイム制御命令を1つのプログラミング言語に統合しています。このアプローチにより、複雑なタイミングと制御フローが必要な信号生成も容易になります。LabOne AWG シーケンサーは LabOne グラフィカル・ユーザー・インターフェースに組み込まれており、Python, MATLAB®, LabVIEW, .NETのAPIからコントロールが可能です。
LabOne Qは、Pythonによるパルスシーケンシングを含む、量子コンピューティングのための完全な測定フレームワークです。同期の自動化、異なる種類の複数の装置のプログラミング、装置設定の最適化を実現し、実験制御のスケーラブルなアプローチを可能にします。
発振器、変調および位相制御
HDAWGには、プログラムされたAWGエンベロープ信号とは独立して、信号の正弦搬送波を生成するデジタル発振器が装備されています。これは、長い信号を非常に高速にアップロードでき、多数のパルス間で高精度な位相コヒーレンスを維持した信号を生成できることを意味しています。また通常静的な波形として書き込まれる搬送波の周波数と位相は、自由に調節および掃引できます。
HDAWG-MF 多周波数オプション は、発振器の数を増やし、周波数および位相変調、周波数多重化、または位相サイクリング等のフルデジタルI/Q変調を可能にします。
スケーラブルなシステム設計
HDAWGの各チャンネルペアには、位相およびタイミングをプログラム可能な、波形生成専用のAWGコアがあり、1台のHDAWG-8で、最大4つのIQ信号ペアまたは8つの実数値信号を生成できます。
PQSCを使用すると、1つのセットアップで最大18台のHDAWGを組み合わせることができ、最大144の完全に同期したAWGチャンネルを持つシステムを構成できます。PQSCを使用する場合、HDAWGはZurich InstrumentsのSHFSG、SHFQA、SHFQCと組み合わせることもでき、これらはすべてLabOne Qで制御可能です。このようなシステムは、スピン量子ビット、フラクソニウ ム量子ビット、あるいは超伝導リードアウト共振器に結合したフラックスチューナブル・トランスモンの実験に有用です。
低遅延トリガーとシーケンス分岐
低レイテンシ設計により、HDAWGは、フロントパネルのトリガー入力の1つで外部トリガーを検出後、50 ns 以下の遅延時間で最初のサンプルを出力することができます。これは、デバイスの特性が短寿命で、1ナノ秒が実験結果を大幅に改善する量子コンピューティングのフィードバック実験には必須です。
複雑でリアルタイム制御で信号を生成するため、HDAWG は、プログラマブルメモリに、最大1024の波形を事前に格納し、PQSCからZSync経由で受信した情報、HDAWG-CNTパルスカウンターオプションの結果、または32ビットデジタル入力に入力されるビットパターンに応じて選択することができます。これはデジタル変調パターン、デバイス固有のテスト波形、または マルチキュービット 状態の読出結果を表すことができます。
任意波形発生器
| チャンネル | 4 (HDAWG4 モデル) 8 (HDAWG8 モデル) |
| 垂直分解能 | 16 ビット |
| 波形メモリ | 64 MSa/チャンネル 500 MSa/チャンネル (HDAWG-ME オプション付) |
| シーケンス長 | 16384 |
| 波形単位 | 16 サンプル |
| 最小波形長 | 32 サンプル |
| シーケンス クロック周波数 | サンプリングレートの1/8 |
| シーケンサの プレイバック | 波形再生 (単または多チャンネル), ライブラリからの再生 (PQSCからZSync経由で受けた読み出し結果、HDAWGのパルスカウンタの結果、DIO 入力), 割込み波形再生 |
| シーケンサの その他の動作 | ウエイト, トリガー待機, トリガー状態の設定/取得、DIO 状態の設定/取得, 整数演算 (加減、論理演算), 発振器周波数/位相の変更 (リアルタイム), 他の機器設定の変更 (非リアルタイム) |
| シーケンサ制御 | 繰り返し (1 ～ 223-1 または無限)、条件付き分岐 (マルチブランチ) |
波形出力
| コネクタタイプ | SMA (フロントパネル, シングルエンド) |
| 出力インピーダンス | 50 Ω |
| 出力カップリング | DC |
| 出力モード | Amplifiedモード, Directモード |
| 出力範囲 | 0.2 ～ 2.5 V (Amplifiedモード, 50 Ω負荷) 0.4 V (Directモード) |
| 電圧確度 | ±(1% + 5 mVpp) (Amplifiedモード, 50 Ω負荷) |
| 電圧分解能 | ＜0.1 mV |
| オフセット電圧 | 0.5 × ピーク電圧, 最大±1.25 V (Amplifiedモード, 50 Ω負荷) 0 V (Directモード) |
| オフセット電圧確度 | ±(1% + 5 mV) |
| 位相ノイズ | <−135 dBc/Hz (Amplifiedモード, 1 Vpp, 100 MHz, 10 kHzオフセット) <−148 dBc/Hz (Amplifiedモード, 1 Vpp, 100 MHz, 1 MHzオフセット) <−135 dBc/Hz (Directモード, 0.5 Vpp, 100 MHz, 10 kHzオフセット) <−148 dBc/Hz (Directモード, 0.5 Vpp, 100 MHz, 1 MHzオフセット) |
| 周期ジッタ | 3 ps RMS (方形波, 150 MHz) |
| 電圧ノイズ (200 kHz 以上) | 35 nV/√Hz (Amplifiedモード, ±2.5 V レンジ, 高インピーダンス負荷) 12 nV/√Hz (Directモード, 高インピーダンス負荷) |
| RMS電圧ノイズ (100 Hz - 600 MHz) | 320 µV (Amplifiedモード, ±2.5 V レンジ, 高インピーダンス負荷) 100 µV (Directモード, 高インピーダンス負荷) |
時間/周波数特性
| 周波数帯域 (-3dB, sin(x)/x roll-off補正後) | 0 - 300 MHz (Amplifiedモード, ±2.5 V レンジ) 0 - 750 MHz (Directモード) |
| サンプリングレート | 100 MSa/s ～ 2.4 GSa/s |
| サンプリングレート デバイダ | 20 ～ 213 |
| 内部サンプリングクロック分解能 | 7桁 |
| 立ち上がり時間 (20% - 80%) | 450 ps (0.2 Vステップ, Amplifiedモード, ±0.4 V レンジ) 800 ps (1 Vステップ, Amplifiedモード, ±2.5 V レンジ) 1100 ps (5 Vステップ, Amplifiedモード, ±2.5 V レンジ) 300 ps (0.8 Vステップ, Directモード) 550 ps (1 Vステップ, Amplifiedモード, ±1.5V レンジ) |
| オーバーシュート | < 1% |
| 内部サンプリングクロック分解能 | 7桁 |
| 出力に対する トリガー遅延 | < 50 ns (1&2, 2&4, 5&6, 7&8のチャンネルペア―, playWaveDigTriggerシーケンス) < 180 ns (waitDigTriggerシーケンス) |
| チャンネル間 スキュー | < 200 ps |
| スキュー調節範囲 | 10 ns |
| スキュー調節分解能 | 0.42 ns (参考資料) |
マーカ及び他の出力
| マーカー出力 | チャンネル毎に1出力 SMA (フロントパネル) 波形毎に2マーカービット |
| マーカー出力インピーダンス | 50 Ω |
| マーカー出力立ち上がり/立下り時間 | 300 ps (20% - 80%) |
| マーカー出力周期ジッタ | 60 pspp (方形波, 100 MHz) |
| マーカー出力スキュー調節 | -23 ～ 30 ns (調整範囲, 最大サンプリングレート時) 10 ps (分解能, 最大サンプリングレート時, 調整値による) |
| サンプリングクロック出力 | リアパネル, SMA |
| サンプリングクロック出力インピーダンス | 1 Vpp (100 MHz, 50 Ω負荷) |
| サンプリングクロック出力電圧 | 0.8 Vpp (2.4 GHz, 50 Ω負荷) 2.0 Vpp (1.0 GHz, 0 Ω負荷) |
| 基準クロック出力 | リアパネル, SMA |
| 基準クロック出力インピーダンス | 50 Ω, ACカップリング |
| 基準クロック出力電圧 | 1 Vpp (100 MHz, 50 Ω負荷) |
| 基準クロック出力周波数 | 100 MHz (内部基準モード) 10 / 100 MHz (外部基準モード) |
| 基準クロック出力ジッタ | 260 fs RMS, 位相ノイズ測定結果より換算 |
入力
| トリガー入力 | チャンネル毎に1入力 SMA (フロントパネル) |
| トリガー入力インピーダンス | 50 Ω / 1 kΩ |
| トリガー入力振幅範囲 | ±5 V (50 Ω) ±10 V (1 kΩ) |
| トリガー入力しきい値範囲 | ±5 V (50 Ω) ±10 V (1 kΩ) |
| トリガー入力しきい値分解能 | < 0.4 mV |
| トリガー入力しきい値ヒステリシス | ＞60 ｍV |
| トリガー入力最小パルス幅 | 5 ns |
| トリガー入力最大動作周波数 | 300 MHz |
| サンプリングクロック入力 | リアパネル, SMA |
| 基準クロック入力 | リアパネル, SMA |
| 基準クロック入力インピーダンス | 50 Ω, ACカップリング |
| 基準クロック入力周波数 | 10 / 100 MHz |
| 基準クロック入力電圧 | -4 dBm ～ +13 dBm |
最大定格 (ダメージレベル)
| 波形 出力 | -1.2 V / +1.2 V (Amplifiedモード) -5 V / +5 V (Directモード) |
| マーカー 出力 | -0.7 V / +4 V |
| トリガー 入力 | -11 V / +11 V (1 kΩ入力) -6 V / +6 V (50 Ω入力) |
| 基準クロック 入力 | -4 V / +4 V (DC) 13.5 dBm (AC オフセット0 V) |
| 基準クロック 出力 | -4 V / +4 V (DC) |
| サンプルクロック 入力 | -4 V / +4 V (DC) 13.5 dBm (AC オフセット0 V) |
| サンプルクロック 出力 | -4 V / +4 V (DC) |
| MDS 入力/出力 | -0.7 V / +4 V |
| DIO 入力/出力 | -0.7 V / +4 V (デフォルト設定 3.3 V CMOS/TTL) |
接続およびその他
| デジタル IO (DIO) | VHDCI 68 ピン メスコネクタ、 32 ビット, 入力または出力設定可, 3.3 V TTL |
| ホスト接続 | LAN / イーサネット, 1 Gbit/s USB 3.0, 5 Gbit/s |
| PC メモリ要件 | 4 GB+ |
| PC CPU 要件 | SSE2命令セットとの互換性 例: AMD K8 (Athlon 64, Sempron 64, Turion 64 など)、 AMD Phenom、Intel Pentium 4、Xeon、Celeron、Celeron D、Pentium M, Celeron M、Core、Core 2、Core i5、Core i7、Core i3、Atom |
| PC オペレーティングシステム | LabOne 互換性を参照 |
全般
| 寸法 | 43.0 × 23.2 × 10.2 cm 19 インチ ラックに適合 |
| 重量 | 4.6 kg |
| 電源 | 100 V ～ 240 V (±10%)、50/60 Hz |
| 動作温度 | +5 °C ～ +40 °C |
| 動作環境 | IEC61010、室内、設置カテゴリ II、汚染度 2 |
| 動作高度 | 2,000 メートル以下 |
基準クロック
| クロックタイプ | TXCO |
| エイジングレート | ±0.8 ppm / 年 |
| 内部基準クロック短期安定度 | 0.0001 ppm (1 秒) |
| 内部基準クロック確度 | ±1 ppm |
| 内部基準クロック温度安定性 | ±0.3 ppm (–20°C ～ +70°C) |
| 内部基準クロック位相ノイズ | -105 dBc/Hz (100 Hzオフセット) -125 dBc/Hz (1 kHzオフセット) |
These specifications have been translated from English. Please note that the official reference for product specifications is always the user manual.
HDAWG Q&A
4チャンネルもしくは8チャンネル (HDAWG4 / HDAWG8) があります。HDAWG4はHDAWG8にアップグレードできません。また、二つのモデル用のアップグレードオプションも互換性がありません。例) HDAWG4-PC リアルタイム・プレコンペンセーションオプションはHDAWG8に使えません。逆も同様となります。
はい。USB 3.0や1 GbEで接続されたコンピュータからこの機器を操作し、波形やシーケンスデータをAWGにアップロードします。AWGを起動後は、AWGは自動的に信号を生成し、コンピュータには依存しなくなります。
LabOneのソフトウェアはダウンロードセンターから無料で入手でき、定期的にアップデートが行われます。LabOneにはシングルクリックで機器のファームウェアをアップデートできる機能があります。
+41 44 515 0410までお電話いただくか、ご連絡先とご希望の時間帯をご連絡ください。HDAWGの機能とお客様の要件が一致するかを確認するために、オンラインデモが可能です。
HDAWGにはチャンネル毎に2つのマーカーがあります (合計8/16) 。チャンネル毎の2つのマーカーのうちの1つはフロントパネル (SMA) で、もう1つはバックパネル (32ビットDIO) にあります。マーカーを使用しても、波形出力の16ビット分解能は低下しません。
Yes, the DIO port can be configured as either input or output in groups of eight bits. They can be controlled via the "setDIO" instruction. As a consequence, the timing resolution of toggling these bits is 150 MHz (6.66 ns), with a minimum of 13.3 ns of time in-between changes. At the moment, the DIO port can be controlled only when the HDAWG is programmed directly in SeqC. The DIO port is functional only when the HDAWG is configured to run at the maximum sample rate of 2.4 GSa/s.
HDAWGは、他のAWGの様な単純なトリガーモードを上回るトリガーの機能を備えており、さらにHDAWG-CNT パルスカウンタオプションにより、パルスカウント機能の追加も可能です。HDAWGは、チャンネルのペア(1&2、3&4、5&6、7&8)をプログラミングし、独立したAWGユニットとして実行できるモードがあり、これらは個別にトリガすることが可能です。加えて、単一のシーケンスプログラムは、例えばラインおよびフレームのトリガ入力として、いくつかのトリガ入力を待ち受けることができ、トリガの状態をシーケンス分岐の入力として使用することも可能です。
PQSCを使用することで、最大18台のHDAWG、あるいは、HDAWG、SHFSG、SHFQA、SHFQCの組み合わせを合計18台までPQSCで同期させることができます。
すべてのユーザーは、購入された場所に関係なく、Zurich Instrumentsからサポートを受けることができます。地域の販売代理店 (利用可能な場合) も、地域の言語で第1レベルのサポートを提供します。延長サポート、計測器の校正、またはサービスについては、サポートページを参照してください。
LabOne AWGシーケンサは、Cから派生した高水準言語 (seqCと呼ばれることもあります) を使用しています。したがって、マシン命令のテーブルを使ってシーケンスを積み上げていく従来のアプローチと比べて、状態を把握するのが容易です。LabOneシーケンサ言語には波形生成ツールが統合されており、シーケンスエディタで波形を定義するだけで生成が可能です。また、Python、C、MATLAB® などの API を使用して HDAWG を制御し、既存のセットアップに簡単に統合することもできます。さらに、LabOne Qソフトウェアを使用することで、装置設定の最適化、波形の生成とアップロード、複数装置間のパルスの同期などのタスクを自動化することができます。
正弦波搬送波の信号を使用すると、時間のかかる波形アップロードが大幅に速くなり、全体のシーケンス定義および変更が非常に簡単になります。これは振幅変調が搬送波をプログラム波形から無関係にするからです。キャリアパラメータ(周波数、位相、振幅、オフセット)は、マウスを数回クリックするだけで調整できます。
パターン生成の自由度が増します。ユーザレジスタは、可変ディレイを可能にし、特定の波形を選択するためのインデックスとして機能し、またはDIOインターフェース上の出力値を変化させることができます。ユーザレジスタは、ユーザインタフェースから手動で変更することも、自動スイープを実行することもできます。
はい。シーケンス分岐を組み込むには、LabOneシーケンスプログラムで"if"ステートメントを使用します。
シーケンサコマンドとして共通波形(Blackman、Gauss、chirp、sine、square、sinc、DRAGなど)を使用できます。また、波形を追加、乗算、カット、連結、スケールしたり、ループ反復を使用して系統的な一連の波形を生成したりすることもできます。ユーザインタフェース上でCSVファイルをドラッグ&ドロップするなどして、独自の波形データを読み込むこともできます。
各測定器には、各国固有の電源ケーブル、USB 3.0ケーブル、1 GbEケーブル、および印刷したクイックスタートガイドが付属しています。
HDAWGはAMをサポートしています。HDAWG-MF マルチ周波数オプションは、内部に追加された2つの直角位相チャネルに基づく直交変調を可能にします。この技術により, FM, PM, DSBを含む任意の変調方式を実現することができます。
カスタムMATLAB®, LabVIEW®, Python, .NET, または C ソフトウェアの場合、LabOne APIsとの統合は簡単です。さらに、LabOneのコマンドログ機能により、特定の機器設定に適したAPIコマンドを見つけることができます。
HDAWGには、複数の機器の信号を同期させるために、一般的なトリガ入出力機能があります。
いいえ、HDAWGにはアナログ信号入力がなく、HDAWG-CNTオプションに付属するパルスカウント機能を除いて純粋な信号発生装置です。
CSV (カンマ区切り) ファイル形式の波形データは、LabOneにドラッグアンドドロップすることでHDAWGにアップロードできます。
