信号发生器基础知识（一）

发布时间：2019-10-29                1693

　   信号发生器基础知识（一）
   　许多工程师把调试和设计检验等任务看作纯粹的“测量”挑战，随即会把示波器或逻辑分析仪看成解决问题的整个方案。但是，这些采集仪器在工作中有一个重要的配套仪器：激励仪器-信号发生器。

　　完整的测量系统
　　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。
　　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最大的特点，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。

　　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。
　　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模拟信号和数字信号要求，但最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。这些工具最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12.5Gbps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200MS/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。一流的AWG可以同时生成多个同相的模拟信号和数字信号，以高达12.5Gbps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最低20ps。
　　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。
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