中心議題：
- 如何為應用選擇合適的信號源
- 任意波形發(fā)生器
- 函數發(fā)生器
- 典型的DDS函數發(fā)生器
在各行各業(yè)的測試應用中，信號源扮演著(zhù)極為重要的作用。但信號源具有許多不同的類(lèi)型，不同類(lèi)型的信號源在功能和特性上各不相同，分別適用于許多不同的應用，詳見(jiàn)表1 。如何為應用選擇適當的信號源，將為測試工程師提出挑戰。目前，最常見(jiàn)的信號源類(lèi)型包括任意波形發(fā)生器，函數發(fā)生器，RF信號源，以及基本的模擬輸出模塊。
任意波形發(fā)生器
任意波形發(fā)生器(AWG)通常提供較深的存儲器，較大的動(dòng)態(tài)范圍以及較寬的帶寬，來(lái)滿(mǎn)足各式各樣的應用，包括通信、半導體和系統測試。AWG接收來(lái)自PC的用戶(hù)自定義數據，并利用這些數據來(lái)生成任意波形。AWG用戶(hù)可以將想要產(chǎn)生的一系列波形下載到儀器所帶的存儲器中。通常，可以存儲實(shí)際的波形和形成這些波形所需的波形序列指令。
現在請看一下AWG的基本架構。要從AWG上產(chǎn)生一種波形，必須先創(chuàng )建任意波形本身。像模擬波形編輯器，調制工具，以及國家儀器公司(NI)的 LabVIEW這類(lèi)的軟件工具都能夠簡(jiǎn)化這些波形的創(chuàng )建。這些波形和其波形序列指令都存在儀器所帶的RAM中。
波形生成序列通常從TTL硬件觸發(fā)器開(kāi)始。各種波形由許多單個(gè)的樣本構成，而生成采樣率由儀器的采樣時(shí)鐘確定。從內部采樣時(shí)鐘時(shí)基(100 MHz VCXO)中導出采樣時(shí)鐘有幾種不同模式，包括DDS定時(shí)Div/N時(shí)鐘，以及幾種提供不同外部時(shí)鐘的模式。另外，對于用于儀器的鎖相環(huán)的頻率基準，也有幾種不同的選擇。
波形通過(guò)存儲器到數模轉換器(DAC)，數模轉換器將數字采樣樣本轉換成所需的模擬輸出波形。在DAC之前，樣本被數字濾波，而經(jīng)過(guò)DAC之后，模擬輸出又通過(guò)一個(gè)模擬濾波器。這些數字和模擬濾波器通過(guò)插值來(lái)增加采樣率，并通過(guò)諧波低通濾波器濾除寄生信號，從而極大地改進(jìn)了信號的質(zhì)量。通常，這些濾波器都能夠軟件編程。
圖 1：任意波形發(fā)生器的基本架構。
AWG允許用戶(hù)規定波形片斷，并通過(guò)重復來(lái)構建復雜波形。由于A(yíng)WG將波形存儲在自身存儲器中，故波形長(cháng)度受限。波形循環(huán)幫助產(chǎn)生具有多次重復的子段的信號。對波形段進(jìn)行循環(huán)改善了存儲效率，并增加了波形的持續時(shí)間。
AWG還可以規定波形中不同的級，每級都可以包括不同的波形段和不同的循環(huán)次數。AWG依次產(chǎn)生每一個(gè)定義的波形段。通過(guò)組合先后順序和循環(huán)次數，就能夠利用很小的存儲器容量來(lái)構建非常復雜的波形。AWG可以為每段指定不同的波形片段，不過(guò)不同段之間的過(guò)渡點(diǎn)上的相位不一定是連續的。
最后，許多AWG都具有一個(gè)仿函數發(fā)生器功能。此時(shí)，當要求輸出一個(gè)標準函數波形時(shí)，可以先用軟件來(lái)產(chǎn)生，并下載到AWG上，然后再由AWG輸出。這就不同于下面將要介紹的全DDS技術(shù)。
函數發(fā)生器
函數發(fā)生器產(chǎn)生固定波形，如正弦波、方波或三角波，頻率可調節。函數發(fā)生器無(wú)需來(lái)自計算機或大容量存儲緩沖器的連續輸入，因為設備本身能夠產(chǎn)生這些波形。
函數發(fā)生器可以基于模擬技術(shù)，也可以基于數字技術(shù)。模擬函數發(fā)生器利用模擬硬件來(lái)產(chǎn)生簡(jiǎn)單的函數，并在需要指定頻率的靜態(tài)正弦波或方波時(shí)經(jīng)常使用。而數字函數發(fā)生器采用直接數字綜合(DDS)，DAC，數字信號處理，以及一個(gè)單周期存儲緩沖器來(lái)產(chǎn)生信號。DDS技術(shù)依賴(lài)數字控制的方法，利用單基準時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現一個(gè)模擬頻率源。DDS能夠實(shí)現高精度和高分辨率，高溫度穩定度，高寬帶，以及隨機的和相位連續的頻率切換。
許多信號源通過(guò)對一個(gè)內部時(shí)基進(jìn)行整數分頻來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號，這被稱(chēng)為除N方法。但是，用除N方法來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘，只能產(chǎn)生有限的時(shí)鐘頻率。AWG，甚至幾個(gè)時(shí)鐘頻率產(chǎn)生器，可以采用DDS技術(shù)來(lái)產(chǎn)生具有非常精細的更新頻率時(shí)鐘信號，而這是除N方法無(wú)法實(shí)現的。
典型的DDS函數發(fā)生器
一個(gè)完整周期的函數波形被存儲在上面所示的存儲器查找表中。相位累加器跟蹤輸出函數的電流相位。為了輸出一個(gè)非常低的頻率，采樣樣本之間的差相位 (Δ)將非常小。例如，一個(gè)很慢的正弦波可能將有1度的Δ相位。則波形的0號采樣樣本采得0度時(shí)刻的正弦波的幅度，而波形的1號采樣將采得1度時(shí)刻的正弦波的幅度，依次類(lèi)推。經(jīng)過(guò)360次采樣后，將輸出正弦曲線(xiàn)的全部360度，或者確切地說(shuō)是一個(gè)周期。一個(gè)較快的正弦波可能會(huì )有10度的Δ相位。于是，36 次采樣就會(huì )輸出正弦波的一個(gè)周期。如果采樣率保持恒定，上述較慢的正弦波的頻率將比較快的正弦波慢10倍。[page]
圖 2：典型DDS函數發(fā)生器的架構方框圖。
進(jìn)一步說(shuō)，一個(gè)恒定的Δ相位必將導致一個(gè)恒定正弦波頻率的輸出。但是，DDS技術(shù)允許通過(guò)一個(gè)頻率表迅速地改變信號的Δ相位。函數發(fā)生器能夠指定一個(gè)頻率表，該表包括由波形頻率和持續時(shí)間信息組成的各個(gè)段。函數發(fā)生器按順序產(chǎn)生每個(gè)定義的頻率段。通過(guò)生成一個(gè)頻率表，可以構建復雜的頻率掃描信號和頻率跳變信號。DDS允許函數發(fā)生器的相位從一級到另一級連續變化。
矢量信號發(fā)生器提供高靈活度和強大的解決方案，可用于科學(xué)研究，通信，消費電子，宇航/國防，半導體測試以及一些新興領(lǐng)域，如軟件無(wú)線(xiàn)電，無(wú)線(xiàn)電頻率識別(RFID)，以及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )等。
表1：各類(lèi)信號源的特性和功能比較一覽表。
