# 信號(hào)發(fā)生器類型 #

信號(hào)發(fā)生器在廣義上分成混合信號(hào)發(fā)生器 ( 任意波形發(fā)生器和任意波形 / 函數(shù)發(fā)生器 ) 和邏輯信號(hào)源 ( 脈沖或碼型發(fā)生器)，滿足了全系列信號(hào)生成需求。每種信號(hào)發(fā)生器都有獨(dú)特的優(yōu)勢，或多或少地適合某種特定應(yīng)用。

混合信號(hào)發(fā)生器是為輸出具有模擬特點(diǎn)的波形而設(shè)計(jì)的，包括正弦波和三角波等模擬波，以及表現(xiàn)出每個(gè)實(shí)際環(huán)境信號(hào)都包括的圓形和不理想的“方”波。在通用混合信號(hào)發(fā)生器中，您可以控制幅度、頻率和相位及 DC 偏置和上升時(shí)間和下降時(shí)間；您可以創(chuàng)建過沖等畸變；還可以增加邊沿抖動(dòng)、調(diào)制等等。

真正的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器必需驅(qū)動(dòng)數(shù)字系統(tǒng)。其輸出是二進(jìn)制脈沖流- 專用數(shù)字信號(hào)發(fā)生器不能生成正弦波或三角波。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的功能是為滿足計(jì)算機(jī)總線需求和類似應(yīng)用而優(yōu)化的。這些功能包括加快碼型開發(fā)速度的軟件工具，也可能包括為匹配各種邏輯系列而設(shè)計(jì)的探頭之類的硬件工具。

如前所述，從函數(shù)發(fā)生器到任意信號(hào)發(fā)生器到碼型發(fā)生器，當(dāng)前幾乎所有高性能信號(hào)發(fā)生器都基于數(shù)字結(jié)構(gòu)，支持靈活的編程能力和杰出的精度。

# 模擬信號(hào)發(fā)生器和混合信號(hào)發(fā)生器#

▼ 模擬信號(hào)發(fā)生器和混合信號(hào)發(fā)生器的類型

任意波形發(fā)生器

從歷史上看，生成各種波形的任務(wù)一直使用單獨(dú)的專用信號(hào)發(fā)生器完成，從超純音頻正弦波發(fā)生器到幾GHz 的 RF 信號(hào)發(fā)生器。盡管有許多商用解決方案， 但用戶通常必須根據(jù)手邊的項(xiàng)目定制設(shè)計(jì)或改動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。設(shè)計(jì)儀器質(zhì)量的信號(hào)發(fā)生器非常困難，當(dāng)然設(shè)計(jì)輔助測試設(shè)備會(huì)占用項(xiàng)目的寶貴時(shí)間。

幸運(yùn)的是，數(shù)字采樣技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)給我們帶來了一個(gè)解決方案，可以使用一臺(tái)儀器- 任意波形發(fā)生器滿足幾乎任何類型的信號(hào)發(fā)生需求。任意波形發(fā)生器可以分成任意波形 / 函數(shù)發(fā)生器 (AFG) 和任意波形發(fā)生器 (AWG)。

任意波形 / 函數(shù)發(fā)生器 (AFG)

任意波形/ 函數(shù)發(fā)生器 (AFG) 滿足了廣泛的激勵(lì)需求；事實(shí)上，它是當(dāng)前業(yè)內(nèi)流行的信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)。一般來說，這一儀器提供的波形變化要少于 AWG 同等儀器，但具有杰出的穩(wěn)定性及能夠快速響應(yīng)頻率變化。如果 DUT 要求典型的正弦波和方波 ( 及其它 )，并能夠在兩個(gè)頻率之間幾乎即時(shí)開關(guān)，那么任意波形 / 函數(shù)發(fā)生器 (AFG) 提供了適當(dāng)?shù)墓ぞ摺Ａ硪粋€(gè)特點(diǎn)是AFG 的成本低，對(duì)不要求 AWG 通用性的應(yīng)用極具吸引力。

AFG的許多功能與 AWG 相同，但 AFG 設(shè)計(jì)成更加專用的儀器。AFG 提供了許多獨(dú)特的優(yōu)勢：它生成穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)形狀的波形，特別是最重要的正弦波和方波， 而且精確、捷變。捷變是指能夠迅速干凈地從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)到另一個(gè)頻率。

大多數(shù) AFG 提供了用戶熟悉的下述波形的某個(gè)子集：

• 正弦波

• 方 波

• 三角波

• 掃 描

• 脈 沖

• 鋸齒波

• 調(diào) 制

• 半正弦波

當(dāng)然 AWG 也能提供這些波形，但當(dāng)前 AFG 是為改善輸出信號(hào)的相位、頻率和幅度控制而設(shè)計(jì)的。此外，許多 AFG 提供了從內(nèi)部來源或外部來源調(diào)制信號(hào)的方式，這對(duì)某些類型的標(biāo)準(zhǔn)一致性測試至關(guān)重要。

過去，AFG使用模擬振蕩器和信號(hào)調(diào)節(jié)創(chuàng)建輸出信號(hào)。最新的 AFG依賴直接數(shù)字合成 (DDS)技術(shù)確定樣點(diǎn)從存儲(chǔ)器中輸出時(shí)鐘的速率。

圖 16. 任意波形 / 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu) ( 簡圖 )。

DDS 技術(shù)使用一個(gè)時(shí)鐘頻率生成儀器范圍內(nèi)的任何頻率，來合成波形。圖 16 以簡化形式概括了基于 DDS 的AFG 結(jié)構(gòu)。

在相位累加器電路中，Delta (△) 相位寄存器接收來自頻率控制器的指令，表示輸出信號(hào)將在每個(gè)連續(xù)周期中前進(jìn)的相位增量。在現(xiàn)代高性能 AFG 中，相位分辨率可能會(huì)低到 1/230，即約為 1/1,000,000,000。

相位累加器的輸出作為 AFG 波形存儲(chǔ)器部分的時(shí)鐘使用。儀器操作幾乎與 AWG 相同，但有一個(gè)明顯例外是波形存儲(chǔ)器一般只包含部分基本信號(hào)，如正弦波和方波。模擬輸出電路基本上是一個(gè)固定頻率的低通濾波器，保證只有感興趣的編程頻率 ( 沒有時(shí)鐘人工信號(hào) ) 離開 AFG輸出。

為了解相位累加器怎樣創(chuàng)建頻率，想象一下控制器把值 1 發(fā)送到 30 位△相位寄存器。相位累加器△ 輸出寄存器將在每個(gè)周期中前進(jìn) 360 ÷ 230，因?yàn)?360 度代表著儀器輸出波形的一個(gè)完整周期。因此，△ 相位寄存器值 1 在 AFG 范圍內(nèi)生成頻率最低的波形，要求整整 2△ 增量，創(chuàng)建一個(gè)周期。電路將保持在這一頻率，直到 △相位寄存器加載一個(gè)新值。

大于 1 的值將更迅速地前進(jìn)通過 360 度，生成更高的輸出頻率 ( 某些 AFG 采用不同的方法：它們跳過某些樣點(diǎn)，從而更快地閱讀存儲(chǔ)器，提高輸出頻率 )。唯一的變化是相位值由頻率控制器提供，根本不需要改變主時(shí)鐘頻率。此外，它允許波形從波形周期內(nèi)的任何點(diǎn)開始。

圖 17. ( 左 ) 表示正弦波的一串樣點(diǎn)；

( 右 ) 重建的正弦波。

例如，假設(shè)必需生成一個(gè)從周期正向部分峰值開始的正弦波?；緮?shù)學(xué)運(yùn)算告訴我們，這個(gè)峰值發(fā)生在 90 度。因此：

230 個(gè)增量 = 360° ; 且

90° = 360° ÷ 4; 那么

90° = 230 ÷ 4

在相位累加器收到一個(gè)等于 (230 ÷4) 的值時(shí)，它會(huì)提示波形存儲(chǔ)器從包含正弦波正峰值電壓的位置啟動(dòng)。

典型的 AFG 在存儲(chǔ)器預(yù)編程部分存儲(chǔ)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波形。從整體上看，正弦波和方波是許多測試應(yīng)用使用最廣泛的應(yīng)用。任意波形保存在存儲(chǔ)器中用戶編程的部分。可以以與傳統(tǒng) AWG相同的靈活性定義波形。但是，DDS 結(jié)構(gòu)不支持存儲(chǔ)器分段和波形排序。這些高級(jí)功能留給了高性能 AWG。

DDS 結(jié)構(gòu)提供了杰出的頻率捷變性，可以簡便地在空中對(duì)頻率變化和相位變化編程，這特別適合任何類型的 FM DUT，如無線和衛(wèi)星系統(tǒng)器件。如果特定 AFG 的頻率范圍足夠大，那么它為測試 FSK 和跳頻電話技術(shù) ( 如GSM) 提供了理想的信號(hào)發(fā)生器。

AFG不能象 AWG 那樣創(chuàng)建想得到的幾乎任何波形， 但 AFG 能夠生成世界各地實(shí)驗(yàn)室、維修設(shè)施和設(shè)計(jì)部門中最常用的測試信號(hào)。此外，它提供了杰出的頻率捷變性。重要的是，AFG通常是完成工作最經(jīng)濟(jì)的方式。

任意波形發(fā)生器 (AWG)

不管您在磁盤驅(qū)動(dòng)器檢定中需要由精確的 Lorentzian 脈沖定形的數(shù)據(jù)流，還是需要復(fù)調(diào)制 RF 信號(hào)測試基于GSM 或基于CDMA的手機(jī)，任意波形發(fā)生器 (AWG) 都可以生成您想得到的任何波形。您可以使用各種方法，從數(shù)學(xué)公式到“畫出”波形，創(chuàng)建所需的輸出。

從本質(zhì)上看，任意波形發(fā)生器 (AWG) 是一種完善的播放系統(tǒng)，它根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供波形，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)描述了 AC信號(hào)不斷變化的電壓電平。它是一種方框圖看起來很簡單的工具。為解釋AWG概念， 我們舉一個(gè)大家熟悉的例子，比如實(shí)時(shí)讀出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的唱片機(jī) ( 在 AWG中是自己的波形存儲(chǔ)器；在唱片機(jī)中是唱片本身 )。它們都輸出一個(gè)模擬信號(hào)或波形。

圖 18. 任意波形發(fā)生器的結(jié)構(gòu) ( 簡圖 )。

從本質(zhì)上看，任意波形發(fā)生器 (AWG) 是一種完善的播放系統(tǒng)，它根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供波形，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)描述了 AC信號(hào)不斷變化的電壓電平。它是一種方框圖看起來很簡單的工具。為解釋AWG概念， 我們舉一個(gè)大家熟悉的例子，比如實(shí)時(shí)讀出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的唱片機(jī) ( 在 AWG中是自己的波形存儲(chǔ)器；在唱片機(jī)中是唱片本身 )。它們都輸出一個(gè)模擬信號(hào)或波形。

為理解 AWG，首先必需掌握數(shù)字采樣的廣義概念。顧名思義，數(shù)字采樣是使用樣點(diǎn)或數(shù)據(jù)點(diǎn)定義一個(gè)信號(hào)，這些樣點(diǎn)或數(shù)據(jù)點(diǎn)沿著波形的斜率表示一串電壓測量。通過使用示波器等儀器實(shí)際測量波形，或使用圖形或數(shù)學(xué)技術(shù)，可以確定這些樣點(diǎn)。圖 17 ( 左 ) 說明了一串樣點(diǎn)。盡管曲線使其得間隔似乎發(fā)生變化，但所有這些點(diǎn)都以統(tǒng)一的時(shí)間間隔采樣。在AWG中，采樣的值以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在快速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 中。

通過使用存儲(chǔ)的信息，可以讀回存儲(chǔ)器位置，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)，在任何時(shí)間重建信號(hào)( 下圖 )。圖 17 ( 右 )說明了結(jié)果。注意 AWG的輸出電路在樣點(diǎn)之間濾波，以連接各個(gè)點(diǎn)，創(chuàng)建干凈的不間斷的波形形狀。DUT不會(huì)把這些點(diǎn)“看作”離散的點(diǎn)， 而是看作連續(xù)的模擬波形。

AWG 提供了幾乎任何其它儀器都不能匹配的通用性。由于其能夠生成可以想到的任何波形，因此 AWG 支持從汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模擬到無線網(wǎng)絡(luò)極限測試的各種應(yīng)用。

圖 19. 高性能混合信號(hào)發(fā)生器：泰克 AWG7000 系列任意波形發(fā)生器。

▼混合信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)和控制功能

與作為完整測量解決方案激勵(lì)單元的角色一樣，混合信號(hào)發(fā)生器的控制和子系統(tǒng)采用專門設(shè)計(jì)，加快了各種波形類型的開發(fā)速度，提供了擁有完整保真度的波形。

最基本的、經(jīng)常處理的信號(hào)參數(shù)都有自己專用的前面板控制功能。比較復(fù)雜的操作及需要頻次較低的操作則通過儀器顯示屏上的菜單進(jìn)入。

LevelControl ( 電平控制 ) 負(fù)責(zé)設(shè)置輸出信號(hào)的幅度和偏置電平。在圖 19 所示的信號(hào)發(fā)生器中，前面板上的專用電平控制功能可以簡便地設(shè)置幅度和偏置值，而不必依賴多級(jí)菜單。

Timing Control ( 定時(shí)控制 ) 通過控制采樣率，設(shè)置輸出信號(hào)的頻率。這里，基于硬件的專用控制功能也簡化了基本水平參數(shù)的設(shè)置。

注意，上面的任何參數(shù)都不控制儀器生成的實(shí)際波形。這一功能位于編輯 /控制屏幕上的菜單中。觸摸面板或鼠標(biāo)選擇感興趣的視圖，其可能會(huì)提供控制功能，在圖形用戶界面中定義順序或數(shù)字輸出設(shè)置，如圖 20 所示。在啟動(dòng)這樣一個(gè)頁面后，您只需使用數(shù)字鍵盤和 / 或通用滾動(dòng)旋鈕填空即可。

圖20. AWG 用戶界面，其中顯示了用來選擇菜單的設(shè)置欄。

▼性能指標(biāo)和考慮因素

下面是部分參數(shù)定義，這些參數(shù)描述了混合信號(hào)發(fā)生器的性能。您會(huì)看到各種手冊(cè)、參考書籍、教程及介紹信號(hào)發(fā)生器或應(yīng)用的任何地方都在使用這些術(shù)語。

存儲(chǔ)深度 ( 記錄長度 )

存儲(chǔ)深度或記錄長度與時(shí)鐘頻率一起使用。存儲(chǔ)深度決定著可以存儲(chǔ)的最大樣點(diǎn)數(shù)量。每個(gè)波形樣點(diǎn)占用一個(gè)存儲(chǔ)器位置。每個(gè)位置等于當(dāng)前時(shí)鐘頻率下采樣間隔的時(shí)間。例如，如果時(shí)鐘以 100 MHz 運(yùn)行，那么存儲(chǔ)的樣點(diǎn)間隔是 10 ns。

在許多頻率上，存儲(chǔ)深度在信號(hào)保真度中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗鼪Q定著可以存儲(chǔ)多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來定義一個(gè)波形。特別是在復(fù)雜波形中，存儲(chǔ)深度對(duì)精確復(fù)現(xiàn)信號(hào)細(xì)節(jié)至關(guān)重要。提高存儲(chǔ)深度的好處可以概括如下：

• 可以存儲(chǔ)更多周期的希望波形，存儲(chǔ)深度與信號(hào)發(fā)生器的排序功能相結(jié)合，允許儀器靈活地把不同波形聯(lián)接起來，創(chuàng)建無窮多個(gè)循環(huán)、碼型等等。

• 可以存儲(chǔ)更多的波形細(xì)節(jié)。復(fù)雜的波形在脈沖邊沿和瞬態(tài)信號(hào)中可能有高頻信息。很難內(nèi)插這些快速瞬態(tài)信號(hào)。為真實(shí)地復(fù)現(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)，可以使用提供的波形存儲(chǔ)器容量，存儲(chǔ)更多的瞬態(tài)信號(hào)和波形， 而不是更多的信號(hào)周期。

高性能混合信號(hào)發(fā)生器提供了深存儲(chǔ)深度和高采樣率。這些儀器可以存儲(chǔ)和復(fù)現(xiàn)復(fù)雜的波形，如偽隨機(jī)碼流。類似的，具有深存儲(chǔ)器的這些快速信號(hào)發(fā)生器可以生成非常簡單的數(shù)字脈沖和瞬態(tài)信號(hào)。

圖 21. 通過充足的存儲(chǔ)深度，任意信號(hào)發(fā)生器可以復(fù)現(xiàn)異常復(fù)雜的波形。

采樣 ( 時(shí)鐘 ) 速率

采樣率通常用每秒兆樣點(diǎn)或千兆樣點(diǎn)表示，表明了儀器可以運(yùn)行的最大時(shí)鐘或采樣率。采樣率影響著主要輸出信號(hào)的頻率和保真度。內(nèi)奎斯特采樣定理規(guī)定，采樣頻率或時(shí)鐘速率必須至少是生成的信號(hào)中最高頻譜成分的兩倍，以保證精確地復(fù)現(xiàn)信號(hào)。例如，為生成 1 MHz 的正弦波信號(hào)，必需以 2 M 樣點(diǎn) / 秒 (MS/s) 的頻率生成樣點(diǎn)。盡管這一定理通常只是作為采集指導(dǎo)準(zhǔn)則使用，但與示波器一樣，其與信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)性非常明確：存儲(chǔ)的波形必須有足夠的點(diǎn)數(shù)，以真實(shí)地重現(xiàn)希望的信號(hào)細(xì)節(jié)。

信號(hào)發(fā)生器可以獲得這些樣點(diǎn)，然后以規(guī)定極限范圍內(nèi)任何頻率從存儲(chǔ)器中讀出這些樣點(diǎn)。如果存儲(chǔ)的樣點(diǎn)集符合內(nèi)奎斯特定理，并描述了一個(gè)正弦波，那么信號(hào)發(fā)生器將相應(yīng)地濾波波形，輸出一個(gè)正弦波。

計(jì)算信號(hào)發(fā)生器可以生成的波形頻率需要對(duì)一些簡單的公式求解，以存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了一個(gè)波形周期的儀器為例：

假設(shè) 100 MS/s 的時(shí)鐘頻率和存儲(chǔ)深度或記錄長度， 共 4000 個(gè)樣點(diǎn)，那么：

F 輸出= 時(shí)鐘頻率 ÷ 存儲(chǔ)深度

F 輸出=100,000,000 ÷ 4000

F 輸出 = 25,000 Hz ( 或 25 kHz)

圖 22 說明了這一概念。

在規(guī)定的時(shí)鐘頻率上，樣點(diǎn)距離約為 10ns。這是波形的時(shí)間分辨率( 水平 )。一定不要把這個(gè)概念與幅度分辨率 ( 垂直 ) 弄混了。

為進(jìn)一步推進(jìn)這一流程，我們假設(shè)樣點(diǎn) RAM 包含的不是一個(gè)波形周期，而是包含四個(gè)波形周期：

F 輸出= (時(shí)鐘頻率 ÷ 存儲(chǔ)深度 ) x ( 存儲(chǔ)器中的周期數(shù)量 )

F 輸出 = (100,000,000 ÷ 4000) x (4)

F 輸出=(25,000Hz) x (4)

F 輸出=100,000 Hz

新的頻率是 100 kHz。圖 23 說明了這一概念。

在本例中，時(shí)間分辨率仍為 10 ns，但每個(gè)波形周期

只用 1000 個(gè)樣點(diǎn)表示，產(chǎn)生的信號(hào)保真度要更低。

圖 22. 在 100 MHz 的時(shí)鐘頻率時(shí)，一個(gè) 4000 點(diǎn)的波形作為 25 kHz 的輸出信號(hào)傳送。

圖 23. 通過使用四個(gè)存儲(chǔ)的波形和一個(gè) 100 MHz 時(shí)鐘，生成了一個(gè) 100 kHz 信號(hào)。

圖 24. 充足的帶寬保證不會(huì)漏掉任何信號(hào)細(xì)節(jié)。

帶寬

儀器的帶寬是一種模擬術(shù)語，它與采樣率無關(guān)。信號(hào)發(fā)生器輸出電路的模擬帶寬必須足以處理其采樣率將支持的最大頻率。換句話說，必須有足夠的帶寬，能夠傳送從存儲(chǔ)器中輸出時(shí)鐘的最高頻率和轉(zhuǎn)換時(shí)間，而不會(huì)劣化信號(hào)特點(diǎn)。在圖 24 中，示波器顯示屏揭示了充足帶寬的重要性。最上面的軌跡顯示了高帶寬信號(hào)發(fā)生器完善的上升時(shí)間，其它軌跡則顯示了由于輸出電路設(shè)計(jì)較差而導(dǎo)致的劣化效果。

垂直 ( 幅度 ) 分辨率

在混合信號(hào)發(fā)生器中，垂直分辨率與儀器 DAC 的二進(jìn)制字長度( 單位為位) 有關(guān)，位越多，分辨率越高。DAC 的垂直分辨率決定著復(fù)現(xiàn)的波形的幅度精度和失真。分辨率不足的 DAC 會(huì)導(dǎo)致量化誤差，導(dǎo)致波形生成不理想。

圖 25. ( 上 ) 垂直分辨率低；( 下 ) 垂直分辨率高。垂直分辨率決定著復(fù)現(xiàn)的波形的幅度精度。

盡管越高越好，但在 AWG 中，頻率較高的儀器的分辨率 (8 位或 10 位 ) 通常要低于 12 位或 14 位的通用儀器。10 位分辨率的AWG 提供了 1024 個(gè)樣點(diǎn)電平， 分布在儀器的整個(gè)電壓范圍內(nèi)。例如，如果這個(gè) 10 位AWG 的總電壓范圍為 2 Vp-p，那么每個(gè)樣點(diǎn)表示大約 2 mV 的步進(jìn)，這是儀器在沒有額外衰減器的情況下可以提供的最小增量，其中假設(shè)它不受結(jié)構(gòu)中其它因素的限制，如輸出放大器增益和偏置。

水平 ( 定時(shí) ) 分辨率

水平分辨率表示創(chuàng)建波形可以使用的最小時(shí)間增量。一般來說，這個(gè)指標(biāo)使用下面的公式計(jì)算得出的。

T =1/F

其中 T 是定時(shí)分辨率，單位為秒；F 是采樣頻率。

根據(jù)這一定義，最大時(shí)鐘速率是 100 MHz 的信號(hào)發(fā)生器的定時(shí)分辨率是 10 ns。換句話說，這一混合信號(hào)發(fā)生器輸出波形的特點(diǎn)是由一串相距 10 ns 的步進(jìn)確定的。某些儀器提供了工具，明顯擴(kuò)展了輸出波形的有效定時(shí)分辨率。盡管其沒有提高儀器的基本分辨率，但這些工具對(duì)波形應(yīng)用變化，復(fù)現(xiàn)以皮秒增量移動(dòng)邊沿時(shí)的影響。

圖 26. ( 上 ) 水平分辨率低 ;( 下 ) 水平分辨率高。水平或定時(shí)分辨率是指邊沿、周期時(shí)間或脈寬可以變動(dòng)的最小時(shí)間增量。

圖27.多條輸出通道。

圖28.標(biāo)記輸出。

輸出通道數(shù)量

許多應(yīng)用要求信號(hào)發(fā)生器有一條以上的輸出通道。例如，測試汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)要求四個(gè)激勵(lì)信號(hào) ( 原因很明顯 )。生物物理研究應(yīng)用要求多個(gè)信號(hào)發(fā)生器， 模擬人體產(chǎn)生的各種電信號(hào)。復(fù)雜的 IQ調(diào)制電信器件在兩個(gè)相位中每個(gè)相位都要求一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)。

為滿足這些需求，已經(jīng)出現(xiàn)了各種 AWG 輸出通道配置。某些 AWG 可以提供最多四條獨(dú)立的全帶寬模擬激勵(lì)信號(hào)通道。其它AWG 則提供最多兩個(gè)模擬輸出， 并輔以最多 16 個(gè)高速數(shù)字輸出用于混合信號(hào)測試。通過后一類工具，用戶可以只使用一臺(tái)綜合儀器，同時(shí)測試器件的模擬、數(shù)據(jù)和地址總線。

數(shù)字輸出

某些 AWG 包括單獨(dú)的數(shù)字輸出。這些輸出分成兩類：標(biāo)記輸出和并行數(shù)據(jù)輸出。

圖 29. 并行數(shù)字輸出。

標(biāo)記輸出提供了與信號(hào)發(fā)生器主模擬輸出信號(hào)同步的二進(jìn)制信號(hào)。一般來說，標(biāo)記可以輸出與特定波形存儲(chǔ)器位置 ( 樣點(diǎn) ) 同步的一個(gè)脈沖 ( 或多個(gè)脈沖 )?？梢允褂脴?biāo)記脈沖，對(duì)同時(shí)從混合信號(hào)發(fā)生器接收模擬激勵(lì)信號(hào)的 DUT，同步其數(shù)字部分。同樣重要的是，標(biāo)記可以在 DUT 的輸出一側(cè)觸發(fā)采集儀器。標(biāo)記輸出一般從獨(dú)立于主波形存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器中驅(qū)動(dòng)。

并行數(shù)字輸出從與信號(hào)發(fā)生器主模擬輸出相同的存儲(chǔ)器中獲得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在特定波形樣點(diǎn)值出現(xiàn)在模擬輸出上時(shí)，并行數(shù)字輸出上會(huì)提供同等的數(shù)字值。在測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)，這些數(shù)字信息可以隨時(shí)作為比較數(shù)據(jù)使用。數(shù)字輸出也可以獨(dú)立于模擬輸出編程。

濾波

一旦確定了基本波形，那么可以使用其它操作，如濾波和排序，分別改變或擴(kuò)展波形。濾波可以從信號(hào)中去掉選擇的頻段成分。例如，在測試模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 時(shí)，必需保證來自信號(hào)發(fā)生器的模擬輸入信號(hào)的頻率不會(huì)高于轉(zhuǎn)換器一半的時(shí)鐘頻率。這可以防止 DUT 輸出中出現(xiàn)不想要的假信號(hào)失真，否則會(huì)影響測試結(jié)果。假信號(hào)是指在感興趣的頻率范圍內(nèi)插入失真后的轉(zhuǎn)換產(chǎn)物。沒有假信號(hào)的 DUT是不能產(chǎn)生有意義的測量結(jié)果的。

消除這些頻率的一種可靠方式是對(duì)波形應(yīng)用陡峭的低通濾波器，允許指定點(diǎn)之下的頻率通過，明顯衰減截止頻率之上的頻率。還可以使用濾波器，整形方波和三角波之類的波形。有時(shí)候通過這種方式改變現(xiàn)有波形要比創(chuàng)建新波形簡單。過去，工程師必需使用信號(hào)發(fā)生器和外部濾波器，才能實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果。幸運(yùn)的是， 當(dāng)前許多高性能信號(hào)發(fā)生器具有可以控制的內(nèi)置濾波器。

圖 30. 濾波前和濾波后。參考 1 ( 上 ) 波形是沒有濾波的鋸齒波形，通道 1 ( 下 ) 波形是濾波后的鋸齒波形。

排序

通常情況下，必需創(chuàng)建長波形文件，以全面對(duì) DUT 執(zhí)行測試。在重復(fù)波形部分時(shí)，波形排序功能可以節(jié)約大量繁瑣的、存儲(chǔ)器密集型波形編程工作。排序功能可以在儀器存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)量龐大的“虛擬”波形 周期。波形排序器借用了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的命令，如循環(huán)、跳躍等等。這些指令位于與波形存儲(chǔ)器不同的序列存儲(chǔ)器中，可以重復(fù)指定的波形存儲(chǔ)器段。程控重復(fù)計(jì)數(shù)器、外部事件分支和其它控制機(jī)制決定著運(yùn)行周期數(shù)量及其發(fā)生的順序。通過序列控制器，可以生成長度幾乎沒有限制的波形。

舉一個(gè)非常簡單的例子，想象下一個(gè) 4000 點(diǎn)存儲(chǔ)器有一個(gè)干凈的脈沖，這個(gè)脈沖占了一半的存儲(chǔ)器(2000 點(diǎn) )；另外一個(gè)失真的脈沖則占了另一半存儲(chǔ)器。如果我們僅限于基本重復(fù)存儲(chǔ)器內(nèi)容，那么信號(hào)發(fā)生器會(huì)一直順序重復(fù)兩個(gè)脈沖，直到接到命令停止。而波形排序功能則改變了這一切。

假設(shè)您希望失真的脈沖在每隔 511 個(gè)周期后連續(xù)出現(xiàn)兩次。您可以編寫一個(gè)序列，重復(fù)干凈的脈沖 511次， 然后跳到失真的脈沖，重復(fù)兩次，然后再回到循環(huán)開頭，再次執(zhí)行各個(gè)步驟。圖 32 說明了這一概念。

循環(huán)重復(fù)可以設(shè)成無窮大、指定值、或通過事件輸入進(jìn)行控制。我們已經(jīng)討論過存儲(chǔ)的波形周期數(shù)與得到的定時(shí)分辨率之間成反比，排序功能則可以大大改善靈活性，而不會(huì)損害各個(gè)波形的分辨率。

這里要注意，被排序的任何波形段的相位和幅度必須從一個(gè)段的最后一個(gè)樣點(diǎn)正確跳變到下個(gè)段的第一個(gè)樣點(diǎn)。在 DAC 試圖突然變成新值時(shí)，這個(gè)跳變中的任何問題都會(huì)導(dǎo)致不想要的毛刺。

圖 31. 可以使用循環(huán)和重復(fù)擴(kuò)展 AWG 的波形存儲(chǔ)器容量。

盡管這個(gè)例子是非常基本的例子，但它代表著檢測不規(guī)則的碼型相關(guān)誤差所需的一種功能。一個(gè)例子是通信電路中的碼間干擾。在一個(gè)周期中的信號(hào)狀態(tài)影響到后續(xù)周期中的信號(hào)，使其失真、甚至?xí)淖兤渲禃r(shí)， 會(huì)發(fā)生碼間干擾。通過波形排序功能，可以使用信號(hào)發(fā)生器作為激勵(lì)裝置運(yùn)行長期極限測試，時(shí)間可以擴(kuò)展到幾天、甚至幾周。

集成編輯器

假設(shè)您需要一串波形段，它們擁有相同的形狀，但在波形串推進(jìn)時(shí)幅度不同。為創(chuàng)建這些幅度變化，您可能要使用脫機(jī)波形編輯器，重新計(jì)算波形或重新畫出波形。但這兩種方法都不必要地耗費(fèi)大量的時(shí)間。更好的方法是使用能夠同時(shí)在時(shí)間和幅度上改變波形的集成編輯工具。

當(dāng)前的混合信號(hào)發(fā)生器提供了多種編輯工具，簡化了波形創(chuàng)建任務(wù)：

• 圖形編輯器 - 這個(gè)工具可以構(gòu)建和查看波形表示；然后可以匯編及把得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器中。

• 序列編輯器 - 這個(gè)編輯器包含計(jì)算機(jī)類編程指令( 跳躍 , 循環(huán)等 )，這些指令在序列中指定的存儲(chǔ)波形上操作。

圖 32. 圖形編輯器和序列編輯器相結(jié)合，靈活地創(chuàng)建波形。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能

數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能可以使用在信號(hào)發(fā)生器外面創(chuàng)建的波形文件。

例如，可以通過 GPIB 或以太網(wǎng)把現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲的波形簡便地傳送到混合信號(hào)發(fā)生器中。這一操作對(duì)使用“黃金標(biāo)準(zhǔn)器件”的參考信號(hào)測試該器件 所有后續(xù)生成副本的測試方法至關(guān)重要?？梢允褂脙x器的編輯工具處理信號(hào)，就象存儲(chǔ)的任何其它波形一樣。

模擬器和其它電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 工具是另一種有用的波形來源。由于能夠引入、存儲(chǔ)和重建EDA 數(shù)據(jù)， 信號(hào)發(fā)生器可以加快早期設(shè)計(jì)原型的開發(fā)速度。

圖 34. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能。

設(shè)置 AWG 的最后一步是在必要的地方匯編文件 ( 與來自公式編輯器的文件一樣 )，把匯編后的文件存儲(chǔ)在硬盤上?！癓oad”( 加載 ) 操作把波形放入AWG 的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中，然后復(fù)用并發(fā)送到 DAC，然后以模擬形式輸出。

這些是在 AWG 上生成波形的基本步驟。如前所述， 波形文件可以使用單獨(dú)的序列編輯器級(jí)聯(lián)到序列中， 生成長度幾乎沒有限制及任何復(fù)雜度的信號(hào)流。

▼創(chuàng)建復(fù)雜的波形

當(dāng)前工程設(shè)計(jì)生命周期的加快實(shí)現(xiàn)了更快的產(chǎn)品開發(fā)周期，盡可能簡便高效地使用實(shí)際環(huán)境信號(hào)和特點(diǎn)測試設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為生成這些實(shí)際環(huán)境信號(hào)，必須先創(chuàng)建這些信號(hào)。在歷史上，創(chuàng)建這些波形一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，提高了被設(shè)計(jì)或被測試的產(chǎn)品的開發(fā)周期。通過通用軟件工具( 如 ArbExpress) 或特定應(yīng)用工具( 如SerialExpress? 和 RFXpressTM)， 可以簡便地創(chuàng)建和編輯復(fù)雜的波形。

ArbExpressTM

ArbExress 是用于 AWG 和 AFG 儀器的一種波形創(chuàng)建和編輯工具。這種基于 Windows(PC) 的應(yīng)用軟件可以從泰克示波器中捕獲波形，或從標(biāo)準(zhǔn)波形庫中創(chuàng)建波形。

圖35. 使用ArbExpressTMfor PC 方便地創(chuàng)建和編輯任意波形。

在示波器采集向?qū)У囊龑?dǎo)下，您可以方便地建立到選定示波器的連接，從提供的通道和存儲(chǔ)器位置中選擇數(shù)據(jù)來源?？梢酝ㄟ^光標(biāo)全面導(dǎo)入波形或提取波形段。還可以對(duì)波形二次采樣，以匹配預(yù)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的定時(shí)分辨率。

在 ArbExpress 中，還可以通過單點(diǎn)畫圖工具或通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表輸入，在標(biāo)準(zhǔn)波形基礎(chǔ)上自由定義波形。一旦已經(jīng)創(chuàng)建了波形，可以使用數(shù)學(xué)運(yùn)算功能或編輯工具，簡便地增加異常事件。還可以在時(shí)間或幅度軸中方便地位移波形段或整個(gè)波形，從而可以輕松生成實(shí)際環(huán)境信號(hào)。

SerialXpress?

新一代高速串行標(biāo)準(zhǔn)支持 3 - 6 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。在這些更高的速度下，新設(shè)計(jì)運(yùn)行的定時(shí)余量不斷縮小，要求實(shí)現(xiàn)接收機(jī)檢定，以完善傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)測試。

SerialXpress 應(yīng)用軟件程序是專為 SATA、HDMI、PCI-Express等高速串行數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的。為高效評(píng)估電路特點(diǎn)及是否滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，工程師們必須能夠在測試過程中引入各種已知異常信號(hào)。必須仿真周期性抖動(dòng)、隨機(jī)抖動(dòng)、預(yù)加重 / 去加重信號(hào)及變化的邊沿速率等信號(hào)特點(diǎn)，以保證接收機(jī)正常運(yùn)行。

通過 SerialXpress 之類的應(yīng)用軟件程序，工程師們可以在一致性測試過程中簡便地增加信號(hào)損傷。在許多情況下，這些程序提供了過去要求多臺(tái)儀器才能實(shí)現(xiàn)的靈活性和信號(hào)控制功能。圖 36 和圖 37 顯示了SerialXpress 為典型 SerialATA (SATA) 波形提供的設(shè)置界面。工程師們可以簡便地增加數(shù)據(jù)速率、信號(hào)幅度、上升時(shí)間 / 下降時(shí)間和信號(hào)損傷。通過SerialXpress，用戶還可以控制損傷的規(guī)模和幅度，并可以與其它異常信號(hào)同時(shí)或獨(dú)立分析每種損傷。

圖 36. 預(yù)加重的標(biāo)準(zhǔn) SATA 波形。

圖 37. SerialXpress 可以輕松生成損傷信號(hào)。

RFXpressTM

RFXpress 是一種基于 PC 的現(xiàn)代軟件工具，它提供了圖形用戶界面，能夠以可視方式確認(rèn)波形和設(shè)置。RFXpress 提供了拖放式波形編輯功能以及基于向?qū)У男?zhǔn)程序，可以快捷簡便地合成波形。用戶可以創(chuàng)建所需的具體波形，全面、徹底、可重復(fù)地執(zhí)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)余量測試和一致性測試。RFXpress 大大減少了創(chuàng)建和仿真信號(hào)所需的時(shí)間，進(jìn)而縮短了整體開發(fā)時(shí)間和測試時(shí)間。

為簡化通用波形和標(biāo)準(zhǔn)波形的波形創(chuàng)建過程，RFXpress 還可以自動(dòng)包裹校正動(dòng)作和歸一化波形幅度。自動(dòng)包裹校正動(dòng)作消除了頻譜毛刺，在波形連續(xù)重復(fù)、波形開頭和末尾之間信號(hào)幅度差很大時(shí)，會(huì)發(fā)生這種頻譜毛刺。

RFXpress提供了專門的“插件”選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了完善的 WiMedia信號(hào)特性。例如，盡管 WiMedia規(guī)定了RF頻段組和中頻，但工程師可能要在中頻執(zhí)行測試。RFXpress 允許用戶在WiMedia 采用的中頻及標(biāo)準(zhǔn) RF 頻率上定義AWG 功能范圍內(nèi)的信號(hào)。

在 WiMedia 一致性測試模式下，可以簡便合成復(fù)雜的 MB-OFDM 信號(hào)。RFXpress包含已經(jīng)采用的WiMedia信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，用戶可以選擇最高級(jí)的信號(hào)特性。這簡化了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)特性的編程工作，同時(shí)降低了編寫信號(hào)時(shí)因疏忽而出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

圖 38. RFXpress 創(chuàng)建的單載波 RF 波形。

圖 39. 使用 RFXpress 創(chuàng)建的復(fù)雜的 UWB 波形。

總結(jié)

許多工程師把調(diào)試和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等任務(wù)看作純粹的“測量”挑戰(zhàn)，隨即會(huì)把示波器或邏輯分析儀看成解決問題的整個(gè)方案。但是，這些采集儀器在工作中有一個(gè)重要的配套儀器：激勵(lì)儀器 - 信號(hào)發(fā)生器。

激勵(lì)和采集儀器相結(jié)合，構(gòu)成了完整的解決方案，可以使用復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境信號(hào)驅(qū)動(dòng)被測器件，采集得到的輸出結(jié)果。示波器是采集使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具。但只有通過信號(hào)發(fā)生器，工程師才能真正控制進(jìn)入器件的信號(hào)。此外，通常還必需有效控制器件的輸出。

類似的，信號(hào)發(fā)生器使余量測試和檢定成為可能。在處理信號(hào)發(fā)生器和示波器或邏輯分析儀時(shí)，工程師可以探索設(shè)計(jì)性能的極限，使用信號(hào)發(fā)生器引入故意的極限條件、使用示波器測量結(jié)果，或在發(fā)生數(shù)字錯(cuò)誤時(shí)使用邏輯分析儀捕獲數(shù)據(jù)。

信號(hào)發(fā)生器和采集儀器相結(jié)合，從磁盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)到電信一致性測試，提供了完整的測量解決方案。