DDS函數信號發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)

在電子行業(yè)的基礎設施和制造等領(lǐng)域，函數發(fā)生器都是有效的通用儀器。它可以生成不同頻率和幅度的大量信號，用來(lái)評估新電路的運行情況，代替時(shí)鐘信號，對新產(chǎn)品進(jìn)行制造測試，及用于許多其它用途。

自第一部正弦波發(fā)生器問(wèn)世以來(lái)，函數發(fā)生器的設計已經(jīng)發(fā)生了多次演進(jìn)，在當前數字領(lǐng)域中，大多數新型函數發(fā)生器(如Agilent 33220A)正采用一種新技術(shù)，稱(chēng)為直接數字合成(DDS)。DDS在大部分操作中使用數字電路，從而提供了數字操作擁有的許多優(yōu)勢。由于信號只在合成的最后階段轉換到模擬域中，所以在多個(gè)方面降低了函數發(fā)生器的復雜度，提高了函數發(fā)生器的穩定性。

從本質(zhì)上看，DDS是一個(gè)以恒定高頻率運行的多位計數器。在溢出時(shí)，通過(guò)利用一個(gè)多位控制字來(lái)設置計數器步進(jìn)的尺寸，允許計數器過(guò)零。計數器的高階位用來(lái)尋址存儲設備，該設備保持有生成的一個(gè)波形周期的數字記錄。高頻時(shí)鐘每前進(jìn)一單位，計數器便步進(jìn)一次，存儲器也將生成一個(gè)新的地址字，而新的波形數據值將會(huì )發(fā)送到DAC。DAC輸出的是取樣模擬波形，該波形經(jīng)重構濾波器之后由發(fā)生器輸出。

DDS的主要優(yōu)點(diǎn)之一是輸出信號的頻率精度可以達到作為發(fā)生器參考信號使用的晶體控制振蕩器的水平。如果想實(shí)現更高的精度，也可以采用函數發(fā)生器本身的溫度補償晶體振蕩器產(chǎn)生。這些信號可以提供高于0.1PPM的頻率精度。在許多情況下，函數發(fā)生器還可以把頻率鎖定到外部實(shí)驗室頻率參考源上，從而生成超高精度的信號。

在許多實(shí)驗室工作臺上，另一部?jì)x器如頻率計數器可以提供最精確的恒溫器控制的時(shí)鐘振蕩器，其輸出參考信號可以作為DDS 函數發(fā)生器的參考信號使用。在其它高精度測量實(shí)驗室中，將通過(guò)在每個(gè)工作臺上探測10 MHz 標準頻率參考信號，以實(shí)現這一目的。根據數字電路的特點(diǎn)，DDS電路可以鎖定在這一頻率，從而提供與參考標準一樣精確的信號。

DDS的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)與第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)相關(guān)：DDS發(fā)生器可以生成非常高的頻率精度。DDS 信號發(fā)生器的數字電路可以實(shí)現與數字電路相同的頻率精度。如果DDS電路有一個(gè)48位計數器，它可以提供高達48位的頻率分辨率，而且日前，某些DDS合成器使用了位數更多及分辨率更高的計數器。

這種高分辨率意味著(zhù)函數發(fā)生器能夠準確地生成希望的輸出頻率，同時(shí)這還意味著(zhù)發(fā)生器可以非常精確地改變頻率。特別適合在通信、海量存儲和類(lèi)似應用中評估定時(shí)電路。目前能夠生成幾十MHz、分辨率為1mHz的DDS 發(fā)生器并不少見(jiàn)。

由于所有的波形都是以數字方式生成的，因此函數發(fā)生器中的調制功能、掃描功能和突發(fā)生成功能都受到數字控制，并可以以非常高的精度進(jìn)行設置。不僅可以精確地設置/改變頻率和定時(shí)，還可以精確地設置/改變相位和幅度。

DDS的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如果擁有RAM波形存儲器，那么DDS函數發(fā)生器可以重現幾乎任何波形。DDS 發(fā)生器通過(guò)播放存儲器中存儲的波形來(lái)運行。如果存儲器是只讀存儲器，那么只能生成ROM中存儲的波形。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)函數發(fā)生器中都會(huì )內置正弦波、方波、三角波和類(lèi)似的波形。但是對于占空比為10%的方波，或對稱(chēng)性為58%的三角波(而不是50%)，僅帶有只讀存儲器的DDS發(fā)生器則無(wú)法實(shí)現。不過(guò)如果DDS電路有存儲波形的RAM，那么控制器電路可以把任何波形寫(xiě)入RAM，并通過(guò)合成器重放波形。

因此，函數發(fā)生器現在的功能要遠遠超過(guò)傳統函數發(fā)生器。對稱(chēng)性可變的波形現在已是標配功能，另外還可以?xún)戎酶鞣N不常見(jiàn)的波形，如指數上升和下降型波形或正弦脈沖型波形等。

把這種RAM概念再推進(jìn)一步，假設工程師需要測試獨有的某個(gè)特定波形，最新的函數發(fā)生器可以把客戶(hù)指定的波形加載到DDS引擎的RAM中，由合成器進(jìn)行播放。這為函數發(fā)生器提供了生成任意波形的額外功能。這種功能特別有用，并能得到包括Matlab、MathCad、Excel和類(lèi)似的軟件文件格式及示波器波形捕獲文件等多種波形讀取軟件的支持。

最新的函數發(fā)生器利用了DDS的優(yōu)勢，能夠把多臺不同儀器中的功能融合到一部?jì)x器中?；贒DS的函數發(fā)生器現在不僅可以執行函數發(fā)生器的功能，還可以執行任意波形發(fā)生器(ARB)的功能。除此之外，某些儀器還是功能強大的脈沖發(fā)生器。這些功能將會(huì )給傳統測試方案帶來(lái)一次革命。