【科普】信號發生器分類及任意波形發生器原理

電子測試和測量設備可分為兩大類；測量儀器和信號源。數字萬用表、數字化儀、示波器、頻譜分析儀和邏輯分析儀等儀器測量輸入信號的電氣特性，最典型的是電位差或電壓。需要信號源提供用作測試激勵的信號。在許多測試情況下，被測設備不會自行生成信號。以放大器為例。如果沒有信號源來提供適當的輸入信號，則無法進行重要的電氣測量。正是測量儀器和信號源的組合使電氣測試成為可能。在本筆記中，我們將討論任意波形發生器 (AWG) 的使用。

信號發生器分類總結

信號發生器有多種類型，每一種都對應特定的測試需求。表 1 總結了常用的信號發生器。

表 1：常用信號發生器匯總

信號源特征波形

射頻信號發生器

能夠在很寬的頻率范圍內產生 CW（連續波）正弦信號。

許多產品提供各種類型的模擬調制。包括幅度、頻率、相位和脈沖調制。

一些特殊的產品具有可以在用戶設置的頻率響應測試范圍內掃描輸出頻率的能力。

正弦

調制正弦

掃頻正弦

矢量信號發生器能夠生成數字調制的 RF 信號，這些信號可以使用數字調制格式中的任何一種，例如QAM、QPSK、FSK、BPSK 和 OFDM。正弦

調制正弦

脈沖發生器產生脈沖波形或方波。用于測試數字和脈沖系統。矩形脈沖

數據或數據

模式生成器產生多個邏輯信號（即邏輯 1 和 0），用作數字電路和系統功能驗證和測試的激勵源。矩形脈沖

函數發生器生成簡單的重復波形，如正弦波、鋸齒波、階躍（脈沖）、方波和三角波。可能包括某種調制功能，例如幅度調制 (AM)、頻率調制 (FM) 或相位調制 (PM)正弦

矩形脈沖

方波

三角形

斜波/鋸齒

調制波形

噪聲

任意波形發生器基于數字的信號源能夠在標示的帶寬、頻率范圍、精度和輸出電平限制內生成任何波形。以上全部

任意波形發生器盡可能接近通用信號源。可以使用方程以高精度分析創建波形，或者使用數字化儀或數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計算機的高度集成兼容性，使其成為自動化測試系統的理想選擇。

任意波形發生器

任意波形發生器 (AWG) 是數字信號源，其操作非常類似于數字化儀的反向操作。在數字化儀對模擬波形進行采樣、數字化然后將其存儲在其采集存儲器中的情況下，AWG 具有存儲在波形存儲器中的波形的數字描述。選定的波形樣本被發送到數模轉換器 (DAC)，然后經過適當的濾波和信號調節，作為模擬波形輸出。圖 1 包含 AWG 的概念框圖。

波形以數字形式加載到波形存儲器中。與數字化儀中的采集存儲器一樣，該存儲器必須能夠以 AWG 支持的最高采樣率進行計時。當收到指令時，波形存儲器的內容被發送到 DAC，在那里數字值被轉換為模擬電壓。一些 DAC 允許額外的內插以達到比波形存儲器提供的更高的輸出更新率。

存儲器控制器跟蹤波形存儲器中每個波形組件的元素以及任何關聯的鏈接，并以正確的順序輸出它們。此外，為了節省內存空間，它可以在重復元素上循環，這樣這些元素在波形內存中只需要列出一次。

DAC 輸出諧波豐富，需要濾波。這是在輸出級完成的，它通過調整增益和偏移來過濾和調節信號以滿足用戶的波形規范。

波形的時序由時鐘控制，該時鐘可以使用內部或外部時鐘源。

同步由觸發發生器維持，觸發發生器根據用戶選擇的事件輸出或推進波形。觸發事件可以是內部的、外部的或鏈接到另一個模塊化 AWG 或數字化儀。

上述元素的實際實現因具體型號而異，但所有 AWG 都有相似的元素。