在電子測量中,為了測量一些電子設備的性能,往往需要給被測設備輸入一定的符合測量要求的信號。信號源就是用來產(chǎn)生符合一定技術要求的電信號的儀器。例如:測量示波器的帶寬,需要給示波器輸入一組頻率、幅度可調的正弦波,這就需要用到信號源。信號發(fā)生器一般有正弦信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、任意波形發(fā)生器之分。
●正弦信號發(fā)生器
正弦信號對線性系統(tǒng)頻域分析的重要意義,使得正弦信號發(fā)生器被廣泛使用。用戶對這類信號源的要求通常是頻率范圍寬、頻率準確度和穩(wěn)定度高、頻譜純度高、相位噪聲低。例如通信系統(tǒng)測試中需要的正弦信號發(fā)生器,一般要求頻率能夠延伸到射頻段、具備各種調制功能。正弦信號發(fā)生器的實現(xiàn)原理一般都是鎖相技術和頻率合成技術。
●函數(shù)發(fā)生器Function Generator
函數(shù)發(fā)生器是能夠產(chǎn)生諸如正弦波,方波,三角波的信號源。一個傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器,用恒流源對電容充電、放電,電容兩端的電壓就是三角波。如果三角波送到一個比較器,就能產(chǎn)生方波,三角波通過波形整形電路還能夠產(chǎn)生正弦波,通過改變電流和電容的大小,就能調節(jié)信號頻率。這種信號源一般能輸出的頻率不高、頻率準確度和穩(wěn)定度低。隨著數(shù)字技術的發(fā)展。函數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)也逐漸從模擬向數(shù)字演變。
●任意波形發(fā)生器ArbitaryWaveform Generator
正弦信號發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器都只能產(chǎn)生規(guī)則的信號。而產(chǎn)生不規(guī)則的信號需要借助于任意波形發(fā)生器(AWG, Arbitrary Waveform Generator)。AWG的基本設計思想是把所需重現(xiàn)的信號波形截取一個周期進行均勻采樣,保存在存儲器中。把存儲器中的波形數(shù)據(jù)按順序讀出,經(jīng)DAC轉換后,再濾波,獲得所需要的波形。
任意波形發(fā)生器和示波器在原理上可以認為是一個互逆的過程,示波器的ADC將信號按一定采樣率進行數(shù)字化,然后保存在采集存儲器中;而任意波形發(fā)生器的DAC按一定采樣率將保存在存儲器的波形數(shù)據(jù)還原為模擬波形。這兩類儀器都受Nyquist定律約束,能夠測量/輸出的最高頻率分量不超過ADC/DAC采樣率的一半。一般可以使用示波器采集一段波形,并保存為文件,再把波形文件導入到任意波形發(fā)生器,就可以還原模擬波形。實際應用中,AWG所用到的波形數(shù)據(jù)不全是真正采樣獲得的,通常用軟件輔助產(chǎn)生。
?按實現(xiàn)架構,任意波形發(fā)生器又分為以下兩大類:DDS-based AWG,基于DDS的任意波形發(fā)生器;True Arbitrary真任意波形發(fā)生器,簡稱True Arb。DDS信號發(fā)生器的信號保真度由輸出頻率、采樣率、存儲深度的關系決定,數(shù)據(jù)點有可能被跳過、或者重復輸出,存儲器中的波形數(shù)據(jù)不能分段;True Arb信號發(fā)生器無論輸出頻率多少,所有波形數(shù)據(jù)點都完整輸出,波形存儲器可以分為若干片段,各片段波形可分別輸出。
評價一款任意波形發(fā)生器,通常從以下功能和性能來衡量
※采樣率
即DAC時鐘頻率,也是DDS參考時鐘和存儲器輸出時鐘的頻率。根據(jù)Nyquist定律,AWG能夠輸出的最高頻率成分不超過最大采樣率的一半,采樣時鐘頻率不能無限小,因此最小采樣率也是重要的指標
※存儲深度
最多能夠存儲的波形數(shù)據(jù)量
※模擬帶寬
AWG輸出電路的截止頻率點
※輸出頻率范圍
能夠輸出的最大頻率受AWG輸出電路的模擬帶寬,以及采樣率的制約;能夠輸出的最小頻率受存儲深度和采樣率的制約。
※輸出最大幅度
AWG能夠輸出的最大電壓,通常是在一定負載條件下
※分辨率
即AWG能夠輸出的最小電壓。一般用DAC的位數(shù)來表示,位數(shù)越多,分辨率越高,能夠輸出的幅度越小。
※頻譜純度
通常用諧波失真和相位噪聲來描述。
※輸出通道數(shù)
能夠輸出的信號數(shù)量。
※調制能力
是否能夠輸出調制波形,能夠支持的調制類型
※波形編輯能力
AWG通常借助PC端軟件來產(chǎn)生、編輯波形。借助軟件強大的功能,除了能夠產(chǎn)生正弦、方波、三角波等標準波形數(shù)據(jù),還能產(chǎn)生更復雜的波形數(shù)據(jù),如調制信號、疊加噪聲、級聯(lián)數(shù)字濾波器等等
※觸發(fā)
一些應用要求波形輸出的起始時間受控,這就需要觸發(fā)信號來啟動波形的輸出。
※同步
一些應用要求多個通道的輸出信號相參,即采樣時鐘同源。