信號(hào)源的那些事兒

●正弦信號(hào)發(fā)生器

正弦信號(hào)對(duì)線性系統(tǒng)頻域分析的重要意義，使得正弦信號(hào)發(fā)生器被廣泛使用。用戶對(duì)這類信號(hào)源的要求通常是頻率范圍寬、頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度高、頻譜純度高、相位噪聲低。例如通信系統(tǒng)測(cè)試中需要的正弦信號(hào)發(fā)生器，一般要求頻率能夠延伸到射頻段、具備各種調(diào)制功能。正弦信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)原理一般都是鎖相技術(shù)和頻率合成技術(shù)。

●函數(shù)發(fā)生器Function Generator

函數(shù)發(fā)生器是能夠產(chǎn)生諸如正弦波，方波，三角波的信號(hào)源。一個(gè)傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器，用恒流源對(duì)電容充電、放電，電容兩端的電壓就是三角波。如果三角波送到一個(gè)比較器，就能產(chǎn)生方波，三角波通過波形整形電路還能夠產(chǎn)生正弦波，通過改變電流和電容的大小，就能調(diào)節(jié)信號(hào)頻率。這種信號(hào)源一般能輸出的頻率不高、頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度低。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展。函數(shù)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)也逐漸從模擬向數(shù)字演變。

●任意波形發(fā)生器ArbitaryWaveform Generator

正弦信號(hào)發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器都只能產(chǎn)生規(guī)則的信號(hào)。而產(chǎn)生不規(guī)則的信號(hào)需要借助于任意波形發(fā)生器（AWG, Arbitrary Waveform Generator）。AWG的基本設(shè)計(jì)思想是把所需重現(xiàn)的信號(hào)波形截取一個(gè)周期進(jìn)行均勻采樣，保存在存儲(chǔ)器中。把存儲(chǔ)器中的波形數(shù)據(jù)按順序讀出，經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，再濾波，獲得所需要的波形。

任意波形發(fā)生器和示波器在原理上可以認(rèn)為是一個(gè)互逆的過程，示波器的ADC將信號(hào)按一定采樣率進(jìn)行數(shù)字化，然后保存在采集存儲(chǔ)器中；而任意波形發(fā)生器的DAC按一定采樣率將保存在存儲(chǔ)器的波形數(shù)據(jù)還原為模擬波形。這兩類儀器都受Nyquist定律約束，能夠測(cè)量/輸出的最高頻率分量不超過ADC/DAC采樣率的一半。一般可以使用示波器采集一段波形，并保存為文件，再把波形文件導(dǎo)入到任意波形發(fā)生器，就可以還原模擬波形。實(shí)際應(yīng)用中，AWG所用到的波形數(shù)據(jù)不全是真正采樣獲得的，通常用軟件輔助產(chǎn)生。

?按實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，任意波形發(fā)生器又分為以下兩大類：DDS-based AWG，基于DDS的任意波形發(fā)生器；True Arbitrary真任意波形發(fā)生器，簡(jiǎn)稱True Arb。DDS信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)保真度由輸出頻率、采樣率、存儲(chǔ)深度的關(guān)系決定，數(shù)據(jù)點(diǎn)有可能被跳過、或者重復(fù)輸出，存儲(chǔ)器中的波形數(shù)據(jù)不能分段；True Arb信號(hào)發(fā)生器無論輸出頻率多少，所有波形數(shù)據(jù)點(diǎn)都完整輸出，波形存儲(chǔ)器可以分為若干片段，各片段波形可分別輸出。

評(píng)價(jià)一款任意波形發(fā)生器，通常從以下功能和性能來衡量

※采樣率

即DAC時(shí)鐘頻率，也是DDS參考時(shí)鐘和存儲(chǔ)器輸出時(shí)鐘的頻率。根據(jù)Nyquist定律，AWG能夠輸出的最高頻率成分不超過最大采樣率的一半，采樣時(shí)鐘頻率不能無限小，因此最小采樣率也是重要的指標(biāo)

※存儲(chǔ)深度

最多能夠存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)量

※模擬帶寬

AWG輸出電路的截止頻率點(diǎn)

※輸出頻率范圍

能夠輸出的最大頻率受AWG輸出電路的模擬帶寬，以及采樣率的制約；能夠輸出的最小頻率受存儲(chǔ)深度和采樣率的制約。

※輸出最大幅度

AWG能夠輸出的最大電壓，通常是在一定負(fù)載條件下

※分辨率

即AWG能夠輸出的最小電壓。一般用DAC的位數(shù)來表示，位數(shù)越多，分辨率越高，能夠輸出的幅度越小。

※頻譜純度

通常用諧波失真和相位噪聲來描述。

※輸出通道數(shù)

能夠輸出的信號(hào)數(shù)量。

※調(diào)制能力

是否能夠輸出調(diào)制波形，能夠支持的調(diào)制類型

※波形編輯能力

AWG通常借助PC端軟件來產(chǎn)生、編輯波形。借助軟件強(qiáng)大的功能，除了能夠產(chǎn)生正弦、方波、三角波等標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)，還能產(chǎn)生更復(fù)雜的波形數(shù)據(jù)，如調(diào)制信號(hào)、疊加噪聲、級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器等等

※觸發(fā)

一些應(yīng)用要求波形輸出的起始時(shí)間受控，這就需要觸發(fā)信號(hào)來啟動(dòng)波形的輸出。

※同步

一些應(yīng)用要求多個(gè)通道的輸出信號(hào)相參，即采樣時(shí)鐘同源。