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信号发生器入门手册-(专业回收回购)

时间:2021-05-21 浏览次数:81

一提到电子测量,可能进入人们脑海的第一个东西是采集仪器,其通常是示波器或逻辑分析仪。但是,只有在能够采集某类信号时,这些工具才能进行测量。在许多情况下,这些信号是没有的,除非在外部提供信号。

例如,应力测量放大器不生成信号,而只是提高其从传感器中收到的信号功率。类似的,数字地址总线上的复用器也不发起信号,而是引导来自计数器、寄存器和其它单元的信号流量。但不可避免的是,必需在连接馈电的电路之前测试放大器或复用器。为使用采集仪器测量这些器件的行为,您必须在输入上提供激励信号。

再举一个例子,工程师必须检定新出现的电路,保证新硬件在全系列操作范围及之上的范围内满足设计规范,这称为余量测试或极限测试。这一测量任务要求完整的解决方案,这个解决方案要能够生成信号及进行测量。数字电路的检定系列工具与模拟/ 混合信号电路不同,但这两者都必须包括激励仪器和采集仪器。

信号发生器或信号源是与采集仪器配套使用的激励源,构成了完整测量解决方案的两个单元。这两个工具接在被测器件(DUT) 的输入端子和输出端子上,如图1 所示。在各种配置中,信号发生器可以以模拟波形、数字数据码型、调制、故意失真、噪声等形式提供激励信号。为进行有效的设计、检定或调试测量,应同时考虑解决方案中的这两个单元。


图1. 大多数测量要求使用由信号发生器及采集仪器配套组成的解决方案。触发连接简化了DUT 输出信号的捕获工作。
本文的目的是解释信号发生器、其对整体测量解决方案的作用以及其应用。了解各种类型的信号发生器及其功能对研究人员、工程师或技术人员的工作至关重要。选择适当的工具可以让工作更简便,帮助您生成快速可靠的结果。在看完本读物后,您将能够:

描述信号发生器的工作方式
描述电子波形类型
描述混合信号发生器和逻辑信号源之间的区别
了解基本信号发生器控制功能
生成简单的波形
如果您需要其它协助或有与本文中的资料有关的任何意见或问题,请联系

信号发生器 |

信号发生器
顾名思义,信号发生器是作为电子测量激励源的信号来源。大多数电路要求某种幅度随时间变化的输入信号。信号可以是真实的双极AC1 信号( 峰值在接地参考点上下振荡),也可以在DC 偏置( 可正可负) 范围内变化。它可以是正弦波或其它模拟函数、数字脉冲、二进制码型或纯任意波形。

信号发生器可以提供“理想”的波形,它可以在其提供的信号中增加已知的、数量和类型可重复的失真( 或误差)。参见图2。这一特点是信号发生器大的特点,因为通常不可能只使用电路本身在所需的时间和地点创建可以预测的失真。在存在这些失真的信号时,DUT 响应可以揭示其处理落在正常性能条件外的极限情况。

正常情况下,“AC”一词是指信号在0 V ( 接地) 参考周围变正和变负,因此在每个周期中电流流动方向会颠倒一次。但是为进行这一讨论,AC 定义为任何变动的信号,而不管其与接地的关系如何。例如,即使一直在同一方向吸收电流,但在+1 V 和+3 V 之间振荡的信号仍构成AC 波形。大多数信号发生器可以生成以接地为中心的( 真实的AC) 波形或偏置波形。

模拟信号还是数字信号?

目前,大多数信号发生器基于数字技术。许多信号发生器可以同时满足数字信号和模拟信号要求,但高效的解决方案通常是为手边的应用( 模拟应用或数字应用) 优化功能的信号发生器。

任意波形发生器 (AWG) 和函数发生器主要针对模拟信号应用和混合信号应用。这些仪器采用采样技术,构建和改变几乎可以想到的任何形状的波形。一般来说,这些发生器有1-4 个输出。在某些AWG 中,还使用单独的标记输出( 协助触发外部仪器) 及以数字形式表示每个样点数据的同步数字输出,以补充这些主要的采样模拟输出。

数字波形发生器 ( 逻辑源) 包括两类仪器。脉冲发生器驱动来自少量输出的方波或脉冲流,其频率通常非常高。这些工具常用于对数字器件执行测试。码型发生器也称为数据发生器或数据定时发生器,一般提供8 条、16 条或更多的同步数字脉冲流,作为计算机总线、数字电信单元等的激励信号。


图2. ( 上) 理想的波形;

( 下) “实际环境”波形。通用信号发生器可以为器件极限测试和检定提供受控的失真和畸变。

图3. 信号发生器可以使用标准波形、用户创建的波形或捕获的波形,在需要的地方对专门测试应用增加损伤。
基本信号发生器应用
信号发生器有数百种不同的应用,但在电子测量中,这些应用可以分成三种基本类型:检验、检定和极限/ 余量测试。有代表性的部分应用如下:

检验 测试数字模块化发射机和接收机

开发新型发射机和接收机硬件的无线器件设计人员必须模拟基带I&Q 信号,信号中可以带损伤或不带损伤,检验其是否满足新兴的和专有的无线标准。某些高性能任意波形发生器可以以高达12.5 Gbps 的速率提供所需的低失真、高分辨率信号,并支持两条独立通道,一条用于“I”相位,另一条用于“Q”相位。

有时,需要使用实际RF 信号测试接收机。在这种情况下,可以使用采样率高达200 MS/s 的任意波形发生器,直接合成RF 信号。

检定 测试数模转换器和模数转换器

新开发的数模转换器(DAC) 和模数转换器(ADC) 必须进行穷尽测试,以确定其线性度、单调性和失真的极限。的AWG 可以同时生成多个同相的模拟信号和数字信号,以高达12.5 Gbps 的速度驱动这些器件。

极限/ 余量测试 测试通信接收机极限

处理串行数据流结构( 通常用于数字通信总线和磁盘驱动器放大器中) 的工程师必需使用损伤测试器件极限,特别是抖动和定时超限。通过提供高效的内置抖动编辑和发生工具,高级信号发生器使工程师节约了数不清的时间。这些仪器可以使关键信号边沿位移低20 ps。

信号发生技术

可以通过多种方式,使用信号发生器创建波形。选择的方法取决于提供的与DUT 有关的信息及其输入要求;是否需要增加失真或错误信号及其它变量。现代高性能信号发生器为生成波形至少提供了三种方式:

创建:全新的电路激励和测试信号
复制:合成没有提供的实际环境信号 ( 从示波器或逻辑分析仪中捕获)
生成:理想的或极限测试的参考信号,适用于特定容限的行业标准
了解波形
波形特点

“波”可以定义为在某个时间间隔上重复的变化量值的模式。波具有共同的特点,如声波、脑电波、海浪、光波、电压波等等。所有这些都是定期重复的现象。

信号发生器通常生成以可控方式重复的电( 一般是电压) 波。每个完整重复的波形是一个“周期”。波形是以图形方式表示波的活动,即随时间变化情况。电压波形是典型的Cartesian图,横轴是时间,竖轴是电压。注意,某些仪器可以捕获或生成电流波形、功率波形或其它波形。在本文中,我们将主要介绍传统电压随时间变化的波形。

幅度, 频率和相位

波形有许多特点,但主要属性与幅度、频率和相位有关:

幅度:衡量波形电压“强度”的指标。幅度在 AC信号中一直变化。信号发生器可以设置电压范围,如-3 V 到+3 V。这将生成在两个电压值之间波动的信号,变动速率取决于波形和频率。
频率:整个波形周期发生的速率。频率的单位是赫兹(Hz),原来称为每秒周期数。频率与波形周期( 或波长) 成反比,后者是衡量相邻波上两个类似波峰之间距离的指标。频率越高,周期越短。
相位:在理论上,相位是波形周期相对于 0 度点的位置。在实践中,相位是周期相对于参考波形或时点的位置

图4. 相移( 也称为延迟) 描述了两个信号之间的定时差。相位通常用度表示,如图所示,但在某些情况下用时间值表示要更合适。
正弦波可以好地解释相位。正弦波的电压电平在数学上与圆周移动有关。与整个圆一样,正弦波的一个周期会经过360 度。正弦波的相角描述了周期经过的时间。

两个波形可以有完全相同的频率和幅度,但相位不同。相移也称为延迟,描述了两个类似的信号之间的定时差,如图4 所示。相移在电子器件中十分常见。波形的幅度、频率和相位特点是信号发生器用来优化几乎任何应用的波形的构件。此外,还有其它参数进一步定义了信号,在许多信号发生器中,这些参数也作为受控变量实现。

上升时间和下降时间

边沿转换时间也称为上升时间和下降时间,其特点通常与脉冲和方波有关。它们用来衡量信号边沿从一种状态转换成另一种状态所需的时间。在现代数字电路中,这些值通常很低,只有几纳秒、甚至更低。


图5. 基本脉冲特点
上升时间和下降时间都在转换前和转换后10% 与90% 的静态电压电平之间测得( 有时也使用20% 和80% 这两个点)。图5 说明了一个脉冲及与其相关的部分特点。这是在相对于进入信号频率采样率很高时,示波器上看到的脉冲。在采样率较低时,同一波形看上去要“方”得多。在某些情况下,生成的脉冲的上升时间和下降时间必需独立变化,如在使用生成的脉冲,测转换速率不对称的放大器,或控制激光点焊枪的冷却时间时。

脉宽

脉宽是脉冲前沿和后沿之间经过的时间。注意,“前沿”适用于正向沿或负向沿,“后沿”亦然。换句话说,这些术语说明了一定周期内事件发生的顺序;脉冲的极性不影响其前沿或后沿状态。在图5 中,正向沿是前沿。脉宽指标表示了前沿和后沿50% 幅度点之间的时间。

另一个术语是“占空比”,用来描述脉冲的高低( 开/关) 时间间隔。图5 中的实例表示50% 的占空比。相比之下,如果一个循环的周期是100 ns,其活动的高( 开) 电平持续60 ns,那么其占空比为60%。

举一个形象的占空比实例,想象一下有一个激励器在每次一秒钟的突发活动之后必须休息三秒钟,以防止发动机过热。激励器每四秒休息三秒,那么占空比为25%。


图6. 偏置电压描述了同时包含AC 值和DC 值的信号中的DC 成分。

图7. 单端和差分信号
偏置

并不是所有信号的幅度变化都以接地(0 V) 参考为中心。“偏置” 电压是电路接地和信号幅度中心之间的电压。事实上,偏置电压表示同时包含AC 值和DC值的信号的DC 成分,如图6 所示。

差分信号与单端信号

差分信号使用两条互补路径承载数量相等、但极性相反( 相对于接地) 的同一信号副本。在信号周期推进,一条路径的正值提高时,另一条路径的负值会以相同程度提高。例如,如果在某个时点上的信号值在一条路径上是+1.5 V,那么在另一条路径上的值正好是-1.5V ( 假设两个信号完全同相)。差分结构特别适合抑制串扰和噪声,而只传送有效的信号。

单端操作是一种更加常用的结构,其中只有一条路径外加接地。图7 说明了单端方法和差分方法。


图8. 正弦波和衰减正弦波图
图8. 正弦波和衰减正弦波图


9. 方波和矩形波
基本波

波形分成多种形状和形式。大多数电子测量使用一个或多个下述波形,通常会增加噪声或失真:

正弦波
方波和矩形波
锯齿波和三角波
阶跃和脉冲形状
复合波
正弦波

正弦波可能是容易辩认的波形。大多数AC 电源都产生正弦波。住宅中墙上插座以正弦波的形式传送电源。正弦波几乎一直用于初中教学的电气和电子原理演示中。正弦波是基本数学函数的结果,直到360 度画一条正弦曲线,可以得到一个确定的正弦波图像。

衰减正弦波是电路从一个脉冲振荡,然后随着时间推移逐渐结束的一个特例。图8 是正弦波和衰减正弦波推导得出的信号实例。

方波和矩形波

方波和矩形波是位于所有数字电子器件核心的基本形式,另外它们还有别的用途。方波是以相等的时间间隔在两个固定电压电平之间开关的电压。它通常用来测试放大器,应能够快速复现两个电压电平之间的转换( 也就是前面所说的上升时间和下降时间)。方波为数字系统提供了理想的计时时钟,如计算机、无线电信器件、HDTV 系统等等。

矩形波的开关特点与方波类似,但正如前面“占空比”中所说,其高低时间间隔长度不等。图9 说明了方波和矩形波实例。


图10. 锯齿波和三角波图

11. 阶跃、脉冲和脉冲串形状锯齿波和三角波
锯齿波和三角波的几何形状与它们的名字非常象。锯齿波在每个周期中缓慢均匀地上升到峰值,然后迅速下降。三角波的上升时间和下降时间比较对称。这些波形通常用来控制系统中的其它电压,如模拟示波器和电视。图10 是锯齿波和三角波实例。

阶跃和脉冲形状

“阶跃”是电源开关已经打开、但电压突然变化的波形。“脉冲”与矩形波有关。与矩形波一样,它是由先开后关或先关后开在两个固定电压电平之间产生的。脉冲本身是二进制信号,因此是在数字系统中传送信息( 数据) 的基本工具。脉冲可能表示穿过计算机的一个信息比特。一起传送的脉冲集合构成了一个脉冲串。同步的一组脉冲串( 可以以并行方式传输或以串行方式传输) 构成了一个数字码型。图11 是阶跃、脉冲形状和脉冲串的实例。

注意,尽管数字数据名义上由脉冲、矩形波和方波组成,但实际环境中的数字波形表现出更圆的角和更斜的边沿。

有时,电路异常事件会自然而然地产生脉冲。通常情况下,这些瞬态信号会不定期地发生,必须使用“毛刺”进行描述。数字调试的挑战之一是把毛刺脉冲与有效但较窄的数据脉冲分开。某些类型的信号发生器的优势之一是能够在脉冲串中任何地方增加毛刺。


图12. 幅度调制图

13. 频移键控(FSK) 调制
复合波

在运行的电子系统中,波形很少会象上面介绍的课本中所示的实例那样。某些时钟和载波信号很纯,但大多数其它波形会表现出某些不想要的失真( 分布式电容、串扰等电路现象的产物) 或故意调制。某些波形甚至可能会包括正弦波、方波、阶跃和脉冲等要素。

复合波包括:

模拟调制 , 数字调制 , 脉宽调制
正交调制信号
数字码型和格式
伪随机码流和字流
信号调制

在被调制信号中,幅度、相位和/ 或频率变化把低频信息嵌入到高频的载波信号中。得到的信号可以传送从语音、到数据、到视频的任何信号。复现波形可能是一个挑战,除非有专门配备的信号发生器。模拟调制。幅度调制(AM) 和频率调制(FM) 常用于广播通信中。调制信号随载波幅度和/ 或频率变化。在接收端,解调电路理解幅度和/ 或频率变化,从波中提取内容。相位调制(PM) 调制载波波形的相位、而不是频率,以嵌入内容。图12 说明了模拟调制实例。

数字调制。与其它数字技术一样,数字调制基于两种状态,允许信号表示二进制数据。在幅移键控(ASK) 中,数字调制信号导致输出频率在两个幅度之间开关;在频移键控(FSK) 中,载波在两个频率( 中心频率和偏置频率) 之间开关;在相移键控(PSK) 中,载波在两个相位设置之间开关。在PSK 中,通过发送与以前信号相位相同的信号,来提供比特“0”,而比特“1”则通过发送相位相反的信号进行表示。

脉宽调制(PWM) 是另一种常用的数字格式;它通常用于数字音频系统中。顾名思义,它只适用于脉冲波形。通过PWM,调制信号导致脉冲的活动脉宽 ( 前面介绍的占空比) 变化。图13 说明了数字调制实例。


图14. 正弦波频率扫描。

图15. 正交调制。
频率扫描

测量电子器件的频率特点要求“扫描”正弦波,其会在一段时间内改变频率。频率变化以线性方式发生,单位为“每秒赫兹”,或以对数方式发生,单位为“每秒倍频程”。高级扫描发生器支持扫描序列,并可以选择开始频率、保持频率、停止频率和相关时间。信号发生器还提供与扫描同步的触发信号,控制示波器,测量器件的输出响应。

正交调制。当前数字无线通信网络是在正交(IQ) 调制技术基础上构建的。两个载波是同相(I) 波形和正交相位(Q) 波形,其中Q 波形相对于“I”波形整整延迟90 度,这两个波形进行调制,生成四种信息状态。两个载波组合在一起,通过一条通道传输,然后在接收端分开和解调。IQ 格式提供的信息要远远高于其它模拟和数字调制形式:它提高了系统的有效带宽。图15 说明了正交调制。

数字码型和格式

数字码型由多条同步的脉冲流组成,脉冲流由宽8 位、12 位、16 位或16 位以上的数据“字”组成。数字码型发生器是一种信号发生器,它专门通过并行输出为数字总线和处理器提供数据字。这些码型中的字以稳定的周期步调传输,每个周期中每个位的活动取决于选择的信号格式。格式影响着构成数据流的周期内部的脉冲宽度。

下面的列表概括了常用的格式。在前三种格式解释中,我们假设周期从二进制“0”值开始,即低逻辑电压电平。

非归零 (NRZ):在周期中发生有效位时,波形开关到“1”,并保持这个值,直到下一个周期边界。
延迟非归零 (DNRZ):与 NRZ 类似,但波形在延迟时间后开关到“1”。
归零 (RZ):在存在有效位时,波形开关到“1”,然后在同一周期内开关回到“0”。
归一 (R1):事实上是 RZ 的倒数。与这一列表中的其它格式不同,R1 假设周期从“1”开始,然后在位有效时开关到“0”,然后在周期结束前开关回到“1”。
码流

伪随机码流(PRBS) 和伪随机字流(PRWS) 的存在构成了数字计算机的天生局限:它们不能生成真正随机的数字。但是,随机事件在数字系统中可能也会带来好处。例如,完全“干净的”数字视频信号在本应平滑的表面可能有讨厌的锯齿线和明显的轮廓。增加控制数量的噪声可以在不损害底层信息的基础上,隐藏这些人工信号。

为创建随机噪声,数字系统会生成一条数字流,尽管这些数字遵循可以预测的数学模式,但其具有随机效应。这些“伪随机”数字实际上是一个以随机速率重复的序列集,结果是PRBS。伪随机字流定义了怎样在信号发生器并行输出中表示多条PRBS 流。在测试串行器或复用器时,通常使用PRWS。这些单元把PRWS 信号重组成串行伪随机码流。

信号发生器类型
信号发生器在广义上分成混合信号发生器( 任意波形发生器和任意波形/ 函数发生器) 和逻辑信号源( 脉冲或码型发生器),满足了全系列信号生成需求。每种信号发生器都有独特的优势,或多或少地适合某种特定应用。

混合信号发生器是为输出具有模拟特点的波形而设计的,包括正弦波和三角波等模拟波,以及表现出每个实际环境信号都包括的圆形和不理想的“方”波。在通用混合信号发生器中,您可以控制幅度、频率和相位及DC 偏置和上升时间和下降时间;您可以创建过冲等畸变;还可以增加边沿抖动、调制等等。

真正的数字信号发生器必需驱动数字系统。其输出是二进制脉冲流 - 专用数字信号发生器不能生成正弦波或三角波。数字信号发生器的功能是为满足计算机总线需求和类似应用而优化的。这些功能包括加快码型开发速度的软件工具,也可能包括为匹配各种逻辑系列而设计的探头之类的硬件工具。如前所述,从函数发生器到任意信号发生器到码型发生器,当前几乎所有高性能信号发生器都基于数字结构,支持灵活的编程能力和杰出的精度。

模拟信号发生器和混合信号发生器

模拟信号发生器和混合信号发生器的类型——任意波形发生器

从以往看,生成各种波形的任务一直使用单独的专用信号发生器完成,从超纯音频正弦波发生器到几GHz 的RF 信号发生器。尽管有许多商用解决方案,但用户通常必须根据手边的项目定制设计或改动信号发生器。设计仪器质量的信号发生器非常困难,当然设计辅助测试设备会占用项目的宝贵时间。

幸运的是,数字采样技术和信号处理技术给我们带来了一个解决方案,可以使用一台仪器 - 任意波形发生器满足几乎任何类型的信号发生需求。任意波形发生器可以分成任意波形/ 函数发生器 (AFG) 和任意波形发生器 (AWG)。

任意波形/ 函数发生器 (AFG)

任意波形/ 函数发生器 (AFG) 满足了广泛的激励需求;事实上,它是当前业内流行的信号发生器结构。一般来说,这一仪器提供的波形变化要少于AWG 同等仪器,但具有杰出的稳定性及能够快速响应频率变化。如果DUT 要求典型的正弦波和方波( 及其它),并能够在两个频率之间几乎即时开关,那么任意波形/ 函数发生器(AFG) 提供了适当的工具。另一个特点是AFG 的成本低,对不要求AWG 通用性的应用吸引力。

AFG 的许多功能与AWG 相同,但AFG 设计成更加专用的仪器。AFG 提供了许多独特优势:它生成稳定的标准形状的波形,特别是重要的正弦波和方波,而且精确、捷变。捷变是指能够迅速干净地从一个频率转到另一个频率。

大多数AFG 提供了用户熟悉的下述波形的某个子集:

正弦波
方波
三角波
扫描
脉冲
锯齿波
调制
半正弦波
当然AWG 也能提供这些波形,但当前AFG 是为改善输出信号的相位、频率和幅度控制而设计的。此外,许多AFG 提供了从内部来源或外部来源调制信号的方式,这对某些类型的标准一致性测试至关重要。

过去,AFG 使用模拟振荡器和信号调节创建输出信号。新的AFG 依赖直接数字合成(DDS) 技术确定样点从存储器中输出时钟的速率。


图16. 任意波形/ 函数发生器的结构( 简图)。
图16. 任意波形/ 函数发生器的结构( 简图)。

DDS 技术使用一个时钟频率生成仪器范围内的任何频率,来合成波形。图16 以简化形式概括了基于DDS的AFG 结构。

在相位累加器电路中,Delta (D) 相位寄存器接收来自频率控制器的指令,表示输出信号将在每个连续周期中前进的相位增量。在现代高性能AFG 中,相位分辨率可能会低到1/230,即约为1/1,000,000,000。相位累加器的输出作为AFG 波形存储器部分的时钟使用。仪器操作几乎与AWG 相同,但有一个明显例外是波形存储器一般只包含部分基本信号,如正弦波和方波。模拟输出电路基本上是一个固定频率的低通滤波器,保证只有感兴趣的编程频率( 没有时钟人工信号) 离开AFG 输出。

为了解相位累加器怎样创建频率,想象一下控制器把值1 发送到30 位D 相位寄存器。相位累加器D 输出寄存器将在每个周期中前进360 ÷ 230,因为360 度代表着仪器输出波形的一个完整周期。因此,D 相位寄存器值1 在AFG 范围内生成频率低的波形,要求整整2D 增量,创建一个周期。电路将保持在这一频率,直到D 相位寄存器加载一个新值。

大于1 的值将更迅速地前进通过360 度,生成更高的输出频率 ( 某些AFG 采用不同的方法:它们跳过某些样点,从而更快地阅读存储器,提高输出频率)。的变化是相位值由频率控制器提供,根本不需要改变主时钟频率。此外,它允许波形从波形周期内的任何点开始。


图17. ( 左) 表示正弦波的一串样点;( 右) 重建的正弦波。
例如,假设必需生成一个从周期正向部分峰值开始的正弦波。基本数学运算告诉我们,这个峰值发生在90度。因此:

230 个增量 = 360° ; 且90° = 360° ÷ 4; 那么90° = 230 ÷ 4在相位累加器收到一个等于(230 ÷ 4) 的值时,它会提示波形存储器从包含正弦波正峰值电压的位置启动。

典型的AFG 在存储器预编程部分存储多个标准波形。从整体上看,正弦波和方波是许多测试应用使用广泛的应用。任意波形保存在存储器中用户编程的部分。

可以以与传统AWG 相同的灵活性定义波形。但是,DDS 结构不支持存储器分段和波形排序。这些高级功能留给了高性能AWG。

DDS 结构提供了杰出的频率捷变性,可以简便地在空中对频率变化和相位变化编程,这特别适合任何类型的FM DUT,如无线和卫星系统器件。如果特定AFG的频率范围足够大,那么它为测试FSK 和跳频电话技术( 如GSM) 提供了理想的信号发生器。

AFG 不能象AWG 那样创建想得到的几乎任何波形,但AFG 能够生成世界各地实验室、维修设施和设计部门中常用的测试信号。此外,它提供了杰出的频率捷变性。重要的是,AFG 通常是完成工作经济的方式。

任意波形发生器 (AWG)

不管您在磁盘驱动器检定中需要由精确的Lorentzian脉冲定形的数据流,还是需要复调制RF 信号测试基于GSM 或基于CDMA 的手机,任意波形发生器 (AWG)都可以生成您想得到的任何波形。您可以使用各种方法,从数学公式到“画出”波形,创建所需的输出。


图18. 任意波形发生器的结构( 简图)
从本质上看,任意波形发生器 (AWG) 是一种完善的播放系统,它根据存储的数字数据提供波形,这些数字数据描述了AC 信号不断变化的电压电平。它是一种方框图看起来很简单的工具。为解释AWG 概念,我们举一个大家熟悉的例子,比如实时读出存储数据的唱片机( 在AWG 中是自己的波形存储器;在唱片机中是唱片本身)。它们都输出一个模拟信号或波形。为理解AWG,首先必需掌握数字采样的广义概念。顾名思义,数字采样是使用样点或数据点定义一个信号,这些样点或数据点沿着波形的斜率表示一串电压测量。通过使用示波器等仪器实际测量波形,或使用图形或数学技术,可以确定这些样点。图17 ( 左) 说明了一串样点。尽管曲线使其得间隔似乎发生变化,但所有这些点都以统一的时间间隔采样。在AWG 中,采样的值以二进制形式存储在快速随机存取存储器(RAM) 中。

通过使用存储的信息,可以读回存储器位置,通过数模转换器(DAC) 输入数据点,在任何时间重建信号( 下图)。图17 ( 右) 说明了结果。注意AWG 的输出电路在样点之间滤波,以连接各个点,创建干净的不间断的波形形状。DUT 不会把这些点“看作”离散的点,而是看作连续的模拟波形。图18 是实现这些操作的AWG 简化的方框图。

AWG提供了几乎任何其它仪器都不能匹配的通用性。由于其能够生成可以想到的任何波形,因此AWG 支持从汽车防抱死制动系统模拟到无线网络极限测试的各种应用。


图19. 高性能混合信号发生器:泰克AWG7000 系列任意波形发生器。


混合信号发生器系统和控制功能

与作为完整测量解决方案激励单元的角色一样,混合信号发生器的控制和子系统采用专门设计,加快了各种波形类型的开发速度,提供了拥有完整保真度的波形。

基本的、经常处理的信号参数都有自己专用的前面板控制功能。比较复杂的操作及需要频次较低的操作则通过仪器显示屏上的菜单进入。

Level Control ( 电平控制) 负责设置输出信号的幅度和偏置电平。在图19 所示的信号发生器中,前面板上的专用电平控制功能可以简便地设置幅度和偏置值,而不必依赖多级菜单。

Timing Control ( 定时控制) 通过控制采样率,设置输出信号的频率。这里,基于硬件的专用控制功能也简化了基本水平参数的设置。


图20. AWG 用户界面,其中显示了用来选择菜单的设置栏。
注意,上面的任何参数都不控制仪器生成的实际波形。这一功能位于编辑/ 控制屏幕上的菜单中。触摸面板或鼠标选择感兴趣的视图,其可能会提供控制功能,在图形用户界面中定义顺序或数字输出设置,如图20所示。在启动这样一个页面后,您只需使用数字键盘和/ 或通用滚动旋钮填空即可。

公司主营:标量网络分析仪,扫频式频谱分析仪,无线通信测试仪,模拟信号发生器

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