【科普】信號(hào)發(fā)生器分類及任意波形發(fā)生器原理

電子測(cè)試和測(cè)量設(shè)備可分為兩大類；測(cè)量?jī)x器和信號(hào)源。數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字化儀、示波器、頻譜分析儀和邏輯分析儀等儀器測(cè)量輸入信號(hào)的電氣特性，最典型的是電位差或電壓。需要信號(hào)源提供用作測(cè)試激勵(lì)的信號(hào)。在許多測(cè)試情況下，被測(cè)設(shè)備不會(huì)自行生成信號(hào)。以放大器為例。如果沒(méi)有信號(hào)源來(lái)提供適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)，則無(wú)法進(jìn)行重要的電氣測(cè)量。正是測(cè)量?jī)x器和信號(hào)源的組合使電氣測(cè)試成為可能。在本筆記中，我們將討論任意波形發(fā)生器 (AWG) 的使用。

信號(hào)發(fā)生器分類總結(jié)

信號(hào)發(fā)生器有多種類型，每一種都對(duì)應(yīng)特定的測(cè)試需求。表 1 總結(jié)了常用的信號(hào)發(fā)生器。

表 1：常用信號(hào)發(fā)生器匯總

信號(hào)源特征波形

射頻信號(hào)發(fā)生器

能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生 CW（連續(xù)波）正弦信號(hào)。

許多產(chǎn)品提供各種類型的模擬調(diào)制。包括幅度、頻率、相位和脈沖調(diào)制。

一些特殊的產(chǎn)品具有可以在用戶設(shè)置的頻率響應(yīng)測(cè)試范圍內(nèi)掃描輸出頻率的能力。

正弦

調(diào)制正弦

掃頻正弦

矢量信號(hào)發(fā)生器能夠生成數(shù)字調(diào)制的 RF 信號(hào)，這些信號(hào)可以使用數(shù)字調(diào)制格式中的任何一種，例如QAM、QPSK、FSK、BPSK 和 OFDM。正弦

調(diào)制正弦

脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖波形或方波。用于測(cè)試數(shù)字和脈沖系統(tǒng)。矩形脈沖

數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)

模式生成器產(chǎn)生多個(gè)邏輯信號(hào)（即邏輯 1 和 0），用作數(shù)字電路和系統(tǒng)功能驗(yàn)證和測(cè)試的激勵(lì)源。矩形脈沖

函數(shù)發(fā)生器生成簡(jiǎn)單的重復(fù)波形，如正弦波、鋸齒波、階躍（脈沖）、方波和三角波。可能包括某種調(diào)制功能，例如幅度調(diào)制 (AM)、頻率調(diào)制 (FM) 或相位調(diào)制 (PM)正弦

矩形脈沖

方波

三角形

斜波/鋸齒

調(diào)制波形

噪聲

任意波形發(fā)生器基于數(shù)字的信號(hào)源能夠在標(biāo)示的帶寬、頻率范圍、精度和輸出電平限制內(nèi)生成任何波形。以上全部

任意波形發(fā)生器盡可能接近通用信號(hào)源。可以使用方程以高精度分析創(chuàng)建波形，或者使用數(shù)字化儀或數(shù)字示波器捕獲并重放。

此外，模塊化 AWG 提供緊湊的尺寸和與其主機(jī)計(jì)算機(jī)的高度集成兼容性，使其成為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的理想選擇。

任意波形發(fā)生器

任意波形發(fā)生器 (AWG) 是數(shù)字信號(hào)源，其操作非常類似于數(shù)字化儀的反向操作。在數(shù)字化儀對(duì)模擬波形進(jìn)行采樣、數(shù)字化然后將其存儲(chǔ)在其采集存儲(chǔ)器中的情況下，AWG 具有存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器中的波形的數(shù)字描述。選定的波形樣本被發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，然后經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波和信號(hào)調(diào)節(jié)，作為模擬波形輸出。圖 1 包含 AWG 的概念框圖。

波形以數(shù)字形式加載到波形存儲(chǔ)器中。與數(shù)字化儀中的采集存儲(chǔ)器一樣，該存儲(chǔ)器必須能夠以 AWG 支持的最高采樣率進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)收到指令時(shí)，波形存儲(chǔ)器的內(nèi)容被發(fā)送到 DAC，在那里數(shù)字值被轉(zhuǎn)換為模擬電壓。一些 DAC 允許額外的內(nèi)插以達(dá)到比波形存儲(chǔ)器提供的更高的輸出更新率。

存儲(chǔ)器控制器跟蹤波形存儲(chǔ)器中每個(gè)波形組件的元素以及任何關(guān)聯(lián)的鏈接，并以正確的順序輸出它們。此外，為了節(jié)省內(nèi)存空間，它可以在重復(fù)元素上循環(huán)，這樣這些元素在波形內(nèi)存中只需要列出一次。

DAC 輸出諧波豐富，需要濾波。這是在輸出級(jí)完成的，它通過(guò)調(diào)整增益和偏移來(lái)過(guò)濾和調(diào)節(jié)信號(hào)以滿足用戶的波形規(guī)范。

波形的時(shí)序由時(shí)鐘控制，該時(shí)鐘可以使用內(nèi)部或外部時(shí)鐘源。

同步由觸發(fā)發(fā)生器維持，觸發(fā)發(fā)生器根據(jù)用戶選擇的事件輸出或推進(jìn)波形。觸發(fā)事件可以是內(nèi)部的、外部的或鏈接到另一個(gè)模塊化 AWG 或數(shù)字化儀。

上述元素的實(shí)際實(shí)現(xiàn)因具體型號(hào)而異，但所有 AWG 都有相似的元素。