益萊儲(chǔ)產(chǎn)品盤點(diǎn)（三）：信號(hào)發(fā)生器1

許多工程師把調(diào)試和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等任務(wù)看作純粹的“測(cè)量”挑戰(zhàn)，隨即會(huì)把示波器或邏輯分析儀看成解決問題的整個(gè)方案。但是，這些采集儀器在工作中有一個(gè)重要的配套儀器：激勵(lì)儀器 - 信號(hào)發(fā)生器。

完整的測(cè)量系統(tǒng)

一提到電子測(cè)量，可能進(jìn)入人們腦海的第一個(gè)東西是采集儀器，其通常是示波器或邏輯分析儀。但是，只有在能夠采集某類信號(hào)時(shí)，這些工具才能進(jìn)行測(cè)量。在許多情況下，這些信號(hào)是沒有的，除非在外部提供信號(hào)。

例如，應(yīng)力測(cè)量放大器不生成信號(hào)，而只是提高其從傳感器中收到的信號(hào)功率。類似的，數(shù)字地址總線上的復(fù)用器也不發(fā)起信號(hào)，而是引導(dǎo)來自計(jì)數(shù)器、寄存器和其它單元的信號(hào)流量。但不可避免的是，必需在連接饋電的電路之前測(cè)試放大器或復(fù)用器。為使用采集儀器測(cè)量這些器件的行為，您必須在輸入上提供激勵(lì)信號(hào)。

再舉一個(gè)例子，工程師必須檢定新出現(xiàn)的電路，保證新硬件在全系列操作范圍及之上的范圍內(nèi)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，這稱為余量測(cè)試或極限測(cè)試。這一測(cè)量任務(wù)要求完整的解決方案，這個(gè)解決方案要能夠生成信號(hào)及進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字電路的檢定系列工具與模擬 /混合信號(hào)電路不同，但這兩者都必須包括激勵(lì)儀器和采集儀器。

信號(hào)發(fā)生器或信號(hào)源是與采集儀器配套使用的激勵(lì)源，構(gòu)成了完整測(cè)量解決方案的兩個(gè)單元。這兩個(gè)工具接在被測(cè)器件 (DUT) 的輸入端子和輸出端子上，如圖1所示。在各種配置中，信號(hào)發(fā)生器可以以模擬波形、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)碼型、調(diào)制、故意失真、噪聲等形式提供激勵(lì)信號(hào)。為進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)、檢定或調(diào)試測(cè)量，應(yīng)同時(shí)考慮解決方案中的這兩個(gè)單元。

圖 1. 大多數(shù)測(cè)量要求使用由信號(hào)發(fā)生器及采集儀器配套組成的解決方案。觸發(fā)連接簡(jiǎn)化了DUT 輸出信號(hào)的捕獲工作。

信號(hào)發(fā)生器

顧名思義，信號(hào)發(fā)生器是作為電子測(cè)量激勵(lì)源的信號(hào)來源。大多數(shù)電路要求某種幅度隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)。信號(hào)可以是真實(shí)的雙極 AC1信號(hào) ( 峰值在接地參考點(diǎn)上下振蕩 )，也可以在DC偏置 ( 可正可負(fù) ) 范圍內(nèi)變化。它可以是正弦波或其它模擬函數(shù)、數(shù)字脈沖、二進(jìn)制碼型或純?nèi)我獠ㄐ巍?/span>

信號(hào)發(fā)生器可以提供“理想”的波形，它可以在其提供的信號(hào)中增加已知的、數(shù)量和類型可重復(fù)的失真 ( 或誤差 )。參見圖2。這一特點(diǎn)是信號(hào)發(fā)生器最大的特點(diǎn)，因?yàn)橥ǔ２豢赡苤皇褂秒娐繁旧碓谒璧臅r(shí)間和地點(diǎn)創(chuàng)建可以預(yù)測(cè)的失真。在存在這些失真的信號(hào)時(shí)，DUT 響應(yīng)可以揭示其處理落在正常性能條件外的極限情況。

圖 2. ( 上) 理想的波形; ( 下) “實(shí)際環(huán)境”波形。通用信號(hào)發(fā)生器可以為器件極限測(cè)試和檢定提供受控的失真和畸變。

模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)？

目前，大多數(shù)信號(hào)發(fā)生器基于數(shù)字技術(shù)。許多信號(hào)發(fā)生器可以同時(shí)滿足模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)要求，但最高效的解決方案通常是為手邊的應(yīng)用 ( 模擬應(yīng)用或數(shù)字應(yīng)用 ) 優(yōu)化功能的信號(hào)發(fā)生器。

任意波形發(fā)生器 (AWG) 和函數(shù)發(fā)生器主要針對(duì)模擬信號(hào)應(yīng)用和混合信號(hào)應(yīng)用。這些儀器采用采樣技術(shù)，構(gòu)建和改變幾乎可以想到的任何形狀的波形。一般來說，這些發(fā)生器有 1-4個(gè)輸出。在某些 AWG中，還使用單獨(dú)的標(biāo)記輸出 ( 協(xié)助觸發(fā)外部?jī)x器 ) 及以數(shù)字形式表示每個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步數(shù)字輸出，以補(bǔ)充這些主要的采樣模擬輸出。

數(shù)字波形發(fā)生器 ( 邏輯源 ) 包括兩類儀器。脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)來自少量輸出的方波或脈沖流，其頻率通常非常高。這些工具最常用于對(duì)數(shù)字器件執(zhí)行測(cè)試。碼型發(fā)生器也稱為數(shù)據(jù)發(fā)生器或數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)生器，一般提供 8 條、16 條或更多的同步數(shù)字脈沖流，作為計(jì)算機(jī)總線、數(shù)字電信單元等的激勵(lì)信號(hào)。

圖 3. 信號(hào)發(fā)生器可以使用標(biāo)準(zhǔn)波形、用戶創(chuàng)建的波形或捕獲的波形，在需要的地方對(duì)專門測(cè)試應(yīng)用增加損傷。

基本信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用

信號(hào)發(fā)生器有數(shù)百種不同的應(yīng)用，但在電子測(cè)量中， 這些應(yīng)用可以分成三種基本類型：檢驗(yàn)、檢定和極限/ 余量測(cè)試。有代表性的部分應(yīng)用如下：

檢驗(yàn)

測(cè)試數(shù)字模塊化發(fā)射機(jī)和接收機(jī)

開發(fā)新型發(fā)射機(jī)和接收機(jī)硬件的無線器件設(shè)計(jì)人員必須模擬基帶 I&Q信號(hào)，信號(hào)中可以帶損傷或不帶損傷，檢驗(yàn)其是否滿足新興的和專有的無線標(biāo)準(zhǔn)。某些高性能任意波形發(fā)生器可以以高達(dá) 12.5 Gbps 的速率提供所需的低失真、高分辨率信號(hào)，并支持兩條獨(dú)立通道， 一條用于“I”相位，另一條用于“Q”相位。

有時(shí)，需要使用實(shí)際 RF信號(hào)測(cè)試接收機(jī)。在這種情況下，可以使用采樣率高達(dá)200MS/s的任意波形發(fā)生器， 直接合成 RF 信號(hào)。

檢定

測(cè)試數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

新開發(fā)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 必須進(jìn)行窮盡測(cè)試，以確定其線性度、單調(diào)性和失真的極限。一流的 AWG可以同時(shí)生成多個(gè)同相的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，以高達(dá) 12.5 Gbps 的速度驅(qū)動(dòng)這些器件。

極限 / 余量測(cè)試

測(cè)試通信接收機(jī)極限

處理串行數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu) ( 通常用于數(shù)字通信總線和磁盤驅(qū)動(dòng)器放大器中 ) 的工程師必需使用損傷測(cè)試器件極限，特別是抖動(dòng)和定時(shí)超限。通過提供高效的內(nèi)置抖動(dòng)編輯和發(fā)生工具，高級(jí)信號(hào)發(fā)生器使工程師節(jié)約了數(shù)不清的時(shí)間。這些儀器可以使關(guān)鍵信號(hào)邊沿位移最低 20 ps 。

信號(hào)發(fā)生技術(shù)

可以通過多種方式，使用信號(hào)發(fā)生器創(chuàng)建波形。選擇的方法取決于提供的與 DUT 有關(guān)的信息及其輸入要求；是否需要增加失真或錯(cuò)誤信號(hào)及其它變量?，F(xiàn)代高性能信號(hào)發(fā)生器為生成波形至少提供了三種方式：

• 創(chuàng)建：全新的電路激勵(lì)和測(cè)試信號(hào)

• 復(fù)制：合成沒有提供的實(shí)際環(huán)境信號(hào) ( 從示波器或邏輯分析儀中捕獲 )

• 生成：理想的或極限測(cè)試的參考信號(hào)，適用于特定容限的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)