信號發生器基礎知識（一）

發布時間：2019-10-29                1567

　   信號發生器基礎知識（一）
   　許多工程師把調試和設計檢驗等任務看作純粹的“測量”挑戰，隨即會把示波器或邏輯分析儀看成解決問題的整個方案。但是，這些采集儀器在工作中有一個重要的配套儀器：激勵儀器-信號發生器。

　　完整的測量係統
　　一提到電子測量，可能進入人們腦海的第一個東西是采集儀器，其通常是示波器或邏輯分析儀。但是，隻有在能夠采集某類信號時，這些工具才能進行測量。在許多情況下，這些信號是沒有的，除非在外部提供信號。
　　例如，應力測量放大器不生成信號，而隻是提高其從傳感器中收到的信號功率。類似的，數字地址總線上的複用器也不發起信號，而是引導來自計數器、寄存器和其它單元的信號流量。但不可避免的是，必需在連接饋電的電路之前測試放大器或複用器。為使用采集儀器測量這些器件的行為，您必須在輸入上提供激勵信號。
　　再舉一個例子，工程師必須檢定新出現的電路，保證新硬件在全係列操作範圍及之上的範圍內滿足設計規範，這稱為餘量測試或極限測試。這一測量任務要求完整的解決方案，這個解決方案要能夠生成信號及進行測量。數字電路的檢定係列工具與模擬/混合信號電路不同，但這兩者都必須包括激勵儀器和采集儀器。
　　信號發生器或信號源是與采集儀器配套使用的激勵源，構成了完整測量解決方案的兩個單元。這兩個工具接在被測器件(DUT)的輸入端子和輸出端子上，如圖1所示。在各種配置中，信號發生器可以以模擬波形、數字數據碼型、調製、故意失真、噪聲等形式提供激勵信號。為進行有效的設計、檢定或調試測量，應同時考慮解決方案中的這兩個單元。

　　圖1.大多數測量要求使用由信號發生器及采集儀器配套組成的解決方案。觸發連接簡化了DUT輸出信號的捕獲工作。
　　信號發生器
　　顧名思義，信號發生器是作為電子測量激勵源的信號來源。大多數電路要求某種幅度隨時間變化的輸入信號。信號可以是真實的雙極AC1信號(峰值在接地參考點上下振蕩)，也可以在DC偏置(可正可負)範圍內變化。它可以是正弦波或其它模擬函數、數字脈衝、二進製碼型或純任意波形。
　　信號發生器可以提供“理想”的波形，它可以在其提供的信號中增加已知的、數量和類型可重複的失真(或誤差)。參見圖2。這一特點是信號發生器最大的特點，因為通常不可能隻使用電路本身在所需的時間和地點創建可以預測的失真。在存在這些失真的信號時，DUT響應可以揭示其處理落在正常性能條件外的極限情況。

　　圖2.(上)理想的波形;(下)“實際環境”波形。通用信號發生器可以為器件極限測試和檢定提供受控的失真和畸變。
　　模擬信號還是數字信號？
　　目前，大多數信號發生器基於數字技術。許多信號發生器可以同時滿足模擬信號和數字信號要求，但最高效的解決方案通常是為手邊的應用(模擬應用或數字應用)優化功能的信號發生器。
　　任意波形發生器(AWG)和函數發生器主要針對模擬信號應用和混合信號應用。這些儀器采用采樣技術，構建和改變幾乎可以想到的任何形狀的波形。一般來說，這些發生器有1-4個輸出。在某些AWG中，還使用單獨的標記輸出(協助觸發外部儀器)及以數字形式表示每個樣點數據的同步數字輸出，以補充這些主要的采樣模擬輸出。
　　數字波形發生器(邏輯源)包括兩類儀器。脈衝發生器驅動來自少量輸出的方波或脈衝流，其頻率通常非常高。這些工具最常用於對數字器件執行測試。碼型發生器也稱為數據發生器或數據定時發生器，一般提供8條、16條或更多的同步數字脈衝流，作為計算機總線、數字電信單元等的激勵信號。

　　圖3.信號發生器可以使用標準波形、用戶創建的波形或捕獲的波形，在需要的地方對專門測試應用增加損傷。
　　基本信號發生器應用
　　信號發生器有數百種不同的應用，但在電子測量中，這些應用可以分成三種基本類型：檢驗、檢定和極限/餘量測試。有代表性的部分應用如下：
　　檢驗
　　測試數字模塊化發射機和接收機
　　開發新型發射機和接收機硬件的無線器件設計人員必須模擬基帶I&Q信號，信號中可以帶損傷或不帶損傷，檢驗其是否滿足新興的和專有的無線標準。某些高性能任意波形發生器可以以高達12.5Gbps的速率提供所需的低失真、高分辨率信號，並支持兩條獨立通道，一條用於“I”相位，另一條用於“Q”相位。
　　有時，需要使用實際RF信號測試接收機。在這種情況下，可以使用采樣率高達200MS/s的任意波形發生器，直接合成RF信號。
　　檢定
　　測試數模轉換器和模數轉換器
　　新開發的數模轉換器(DAC)和模數轉換器(ADC)必須進行窮盡測試，以確定其線性度、單調性和失真的極限。一流的AWG可以同時生成多個同相的模擬信號和數字信號，以高達12.5Gbps的速度驅動這些器件。
　　極限/餘量測試
　　測試通信接收機極限
　　處理串行數據流結構(通常用於數字通信總線和磁盤驅動器放大器中)的工程師必需使用損傷測試器件極限，特別是抖動和定時超限。通過提供高效的內置抖動編輯和發生工具，高級信號發生器使工程師節約了數不清的時間。這些儀器可以使關鍵信號邊沿位移最低20ps。
　　信號發生技術
　　可以通過多種方式，使用信號發生器創建波形。選擇的方法取決於提供的與DUT有關的信息及其輸入要求；是否需要增加失真或錯誤信號及其它變量。現代高性能信號發生器為生成波形至少提供了三種方式：
　　創建：全新的電路激勵和測試信號。
　　複製：合成沒有提供的實際環境信號(從示波器或邏輯分析儀中捕獲)。
　　生成：理想的或極限測試的參考信號，適用於特定容限的行業標準。
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