信號源的那些事兒

●正弦信號發(fā)生器

正弦信號對線(xiàn)性系統頻域分析的重要意義，使得正弦信號發(fā)生器被廣泛使用。用戶(hù)對這類(lèi)信號源的要求通常是頻率范圍寬、頻率準確度和穩定度高、頻譜純度高、相位噪聲低。例如通信系統測試中需要的正弦信號發(fā)生器，一般要求頻率能夠延伸到射頻段、具備各種調制功能。正弦信號發(fā)生器的實(shí)現原理一般都是鎖相技術(shù)和頻率合成技術(shù)。

●函數發(fā)生器Function Generator

函數發(fā)生器是能夠產(chǎn)生諸如正弦波，方波，三角波的信號源。一個(gè)傳統函數發(fā)生器，用恒流源對電容充電、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(guò)波形整形電路還能夠產(chǎn)生正弦波，通過(guò)改變電流和電容的大小，就能調節信號頻率。這種信號源一般能輸出的頻率不高、頻率準確度和穩定度低。隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展。函數發(fā)生器的實(shí)現也逐漸從模擬向數字演變。

●任意波形發(fā)生器ArbitaryWaveform Generator

正弦信號發(fā)生器和函數發(fā)生器都只能產(chǎn)生規則的信號。而產(chǎn)生不規則的信號需要借助于任意波形發(fā)生器（AWG, Arbitrary Waveform Generator）。AWG的基本設計思想是把所需重現的信號波形截取一個(gè)周期進(jìn)行均勻采樣，保存在存儲器中。把存儲器中的波形數據按順序讀出，經(jīng)DAC轉換后，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為是一個(gè)互逆的過(guò)程，示波器的ADC將信號按一定采樣率進(jìn)行數字化，然后保存在采集存儲器中；而任意波形發(fā)生器的DAC按一定采樣率將保存在存儲器的波形數據還原為模擬波形。這兩類(lèi)儀器都受Nyquist定律約束，能夠測量/輸出的最高頻率分量不超過(guò)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，再把波形文件導入到任意波形發(fā)生器，就可以還原模擬波形。實(shí)際應用中，AWG所用到的波形數據不全是真正采樣獲得的，通常用軟件輔助產(chǎn)生。

?按實(shí)現架構，任意波形發(fā)生器又分為以下兩大類(lèi)：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(chēng)True Arb。DDS信號發(fā)生器的信號保真度由輸出頻率、采樣率、存儲深度的關(guān)系決定，數據點(diǎn)有可能被跳過(guò)、或者重復輸出，存儲器中的波形數據不能分段；True Arb信號發(fā)生器無(wú)論輸出頻率多少，所有波形數據點(diǎn)都完整輸出，波形存儲器可以分為若干片段，各片段波形可分別輸出。

評價(jià)一款任意波形發(fā)生器，通常從以下功能和性能來(lái)衡量

※采樣率

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

※存儲深度

最多能夠存儲的波形數據量

※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的位數來(lái)表示，位數越多，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(lái)描述。

※輸出通道數

能夠輸出的信號數量。

※調制能力

是否能夠輸出調制波形，能夠支持的調制類(lèi)型

※波形編輯能力

AWG通常借助PC端軟件來(lái)產(chǎn)生、編輯波形。借助軟件強大的功能，除了能夠產(chǎn)生正弦、方波、三角波等標準波形數據，還能產(chǎn)生更復雜的波形數據，如調制信號、疊加噪聲、級聯(lián)數字濾波器等等

※觸發(fā)

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

※同步

一些應用要求多個(gè)通道的輸出信號相參，即采樣時(shí)鐘同源。