【科普】信号发生器分类及任意波形发生器原理

电子测试和测量设备可分为两大类；测量仪器和信号源。数字万用表、数字化仪、示波器、频谱分析仪和逻辑分析仪等仪器测量输入信号的电气特性，最典型的是电位差或电压。需要信号源提供用作测试激励的信号。在许多测试情况下，被测设备不会自行生成信号。以放大器为例。如果没有信号源来提供适当的输入信号，则无法进行重要的电气测量。正是测量仪器和信号源的组合使电气测试成为可能。在本笔记中，我们将讨论任意波形发生器 (AWG) 的使用。

信号发生器分类总结

信号发生器有多种类型，每一种都对应特定的测试需求。表 1 总结了常用的信号发生器。

表 1：常用信号发生器汇总

信号源特征波形

射频信号发生器

能够在很宽的频率范围内产生 CW（连续波）正弦信号。

许多产品提供各种类型的模拟调制。包括幅度、频率、相位和脉冲调制。

一些特殊的产品具有可以在用户设置的频率响应测试范围内扫描输出频率的能力。

正弦

调制正弦

扫频正弦

矢量信号发生器能够生成数字调制的 RF 信号，这些信号可以使用数字调制格式中的任何一种，例如QAM、QPSK、FSK、BPSK 和 OFDM。正弦

调制正弦

脉冲发生器产生脉冲波形或方波。用于测试数字和脉冲系统。矩形脉冲

数据或数据

模式生成器产生多个逻辑信号（即逻辑 1 和 0），用作数字电路和系统功能验证和测试的激励源。矩形脉冲

函数发生器生成简单的重复波形，如正弦波、锯齿波、阶跃（脉冲）、方波和三角波。可能包括某种调制功能，例如幅度调制 (AM)、频率调制 (FM) 或相位调制 (PM)正弦

矩形脉冲

方波

三角形

斜波/锯齿

调制波形

噪声

任意波形发生器基于数字的信号源能够在标示的带宽、频率范围、精度和输出电平限制内生成任何波形。以上全部

任意波形发生器尽可能接近通用信号源。可以使用方程以高精度分析创建波形，或者使用数字化仪或数字示波器捕获并重放。

此外，模块化 AWG 提供紧凑的尺寸和与其主机计算机的高度集成兼容性，使其成为自动化测试系统的理想选择。

任意波形发生器

任意波形发生器 (AWG) 是数字信号源，其操作非常类似于数字化仪的反向操作。在数字化仪对模拟波形进行采样、数字化然后将其存储在其采集存储器中的情况下，AWG 具有存储在波形存储器中的波形的数字描述。选定的波形样本被发送到数模转换器 (DAC)，然后经过适当的滤波和信号调节，作为模拟波形输出。图 1 包含 AWG 的概念框图。

波形以数字形式加载到波形存储器中。与数字化仪中的采集存储器一样，该存储器必须能够以 AWG 支持的最高采样率进行计时。当收到指令时，波形存储器的内容被发送到 DAC，在那里数字值被转换为模拟电压。一些 DAC 允许额外的内插以达到比波形存储器提供的更高的输出更新率。

存储器控制器跟踪波形存储器中每个波形组件的元素以及任何关联的链接，并以正确的顺序输出它们。此外，为了节省内存空间，它可以在重复元素上循环，这样这些元素在波形内存中只需要列出一次。

DAC 输出谐波丰富，需要滤波。这是在输出级完成的，它通过调整增益和偏移来过滤和调节信号以满足用户的波形规范。

波形的时序由时钟控制，该时钟可以使用内部或外部时钟源。

同步由触发发生器维持，触发发生器根据用户选择的事件输出或推进波形。触发事件可以是内部的、外部的或链接到另一个模块化 AWG 或数字化仪。

上述元素的实际实现因具体型号而异，但所有 AWG 都有相似的元素。