一、认识信号源

用来产生各种测试信号的仪器称为信号发生器或简称信号源。它可作为各种仿真信号或激励信号广泛用于各类整机、系统及部件、元器件的测试中。例如,用信号源产生某种调制信号输入给接收机,用来测试接收机性能;我们到客户演示力科示波器的时候,也常带上一些信号源,比如用力科的任意波形发生器ArbStudio产生一些特殊的信号,方便演示示波器的各种功能。

信号源的种类很多,就产生信号的特征而言,有正弦信号发生器,函数发生器,任意波形发生器等。正弦信号对线性系统频域分析的重要意义,使得正弦信号发生器被广泛使用。用户对这类信号源的要求通常是频率范围宽、频率准确度和稳定度高、频谱纯度高、相位噪声低。例如通信系统测试中需要的正弦信号发生器,一般要求频率能够延伸到射频段、具备各种调制功能。正弦信号发生器的实现原理一般都是锁相技术和频率合成技术。

函数发生器是能够产生诸如正弦波,方波,三角波的信号源。一个传统函数发生器,用恒流源对电容充电、放电,电容两端的电压就是三角波。如果三角波送到一个比较器,就能产生方波。三角波通过波形整形电路还能够产生正弦波。通过改变电流和电容的大小,就能调节信号频率。这种信号源一般能输出的频率不高、频率准确度和稳定度低。随着数字技术的发展。函数发生器的实现也逐渐从模拟向数字演变。比如利用后文将要介绍的DDS技术来产生信号,这也使得函数发生器渐渐融合到任意波形发生器。

正弦信号发生器和函数发生器都只能产生规则的信号。而产生不规则的信号需要借助于任意波形发生器(AWG, Arbitrary Waveform Generator)。AWG的基本设计思想是:把所需重现的信号波形截取一个周期进行均匀采样,保存在存储器中。把存储器中的波形数据按顺序读出,经DAC转换后,再滤波,获得所需要的波形。AWG和数字存储示波器在原理上可以认为是一个互逆的过程。数字存储示波器把模拟波形通过ADC数字化,AWG把数字化的波形数据通过DAC转换为模拟波形。这两类仪器都受Nyquist定律约束,能够测量/输出的最高频率分量不超过ADC/DAC采样率的一半。可以使用力科示波器采集一段波形,并保存为文件。把波形文件导入到力科任意波形发生器ArbStudio,就可以还原模拟波形。实际应用中,AWG所用到的波形数据不全是真正采样获得的,通常用软件辅助产生。

二、AWG原理

按具体实现原理,AWG又可分为DDS-based和True Arb两类。

1. DDS-based AWG

DDS,即Direct Digital Synthesis直接数字合成,一种频率合成的方法。前文也提到正弦信号发生器一般使用了频率合成技术。那么什么是频率合成?

信号源都需要使用振荡器,一般振荡器的输出频率范围有限,并且在宽的频率范围内难以获得高稳定度。那么就需要从频率单一但准确度和稳定度高的振荡源(比如晶体振荡器)派生出各种需要的频率。这种从一种频率派生出多种频率信号的方法就是频率合成。比如一个振荡器输出的单一频率信号,可利用倍频、分频、混频技术实现频率的加、减、乘、除运算,合成一系列频率的信号,这些频率都和振荡器频率(称基准频率)相参,这种方法称为直接模拟合成(Direct Analog Synthesis)。此外还有基于PLL的间接频率合成。

DDS是另外一种重要的频率合成技术。先来看如何用DDS技术产生正弦信号。我们知道,正弦波的频率可表示为f=ω/2π=Δθ/(2πΔt)。Δθ是正弦信号经过一段时间Δt之后的相位增量。在同样的时间Δt内,相位增量越大,角速率就越高,振荡频率就越高。DDS正是基于这种频率和角速率的关系来合成想要的频率。请看下面的DDS原理框图:

DDS原理框图

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关键字:任意波形发生器  信号源  量化数据

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0220/article_6871.html
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