不同信號發(fā)生器介紹

信號發(fā)生器在測試系統(tǒng)中有明確規(guī)定的任務：模擬被測設備(DUT)在正常工作時可能遇到的信號。這種信號過去只是正弦波、脈沖或經(jīng)過模擬調(diào)制的信號。但隨著通信格式不斷發(fā)展而不再局限于簡單的調(diào)幅(AM)和調(diào)頻(FM)，對信號發(fā)生器的要求正變得越來越高。隨著越來越多地設備使用數(shù)字調(diào)制格式(和非傳統(tǒng)的信號格式，如跳頻和超寬帶(UWB)通信)，新的信號發(fā)生器必須能夠模擬采用復雜數(shù)字調(diào)制方案的多頻信號。不僅如此，信號發(fā)生器的外形也在發(fā)生變化，從傳統(tǒng)的機架式或臺式儀器發(fā)展到了更緊湊的模塊，在曾經(jīng)是一臺信號發(fā)生器占用的空間內(nèi)現(xiàn)在可以擺放多臺分立信號源。

傳統(tǒng)的機架式信號發(fā)生器仍然在執(zhí)行它們份內(nèi)的測試任務，有時作為獨立的儀器，有時作為自動化系統(tǒng)的一部分，而大多數(shù)主要的測試設備制造商都能提供種類繁多的微波信號發(fā)生器，并且通常按頻率范圍來分類。選擇一款信號發(fā)生器要求匹配儀器的性能水平和實際應用需求，而頻率范圍、輸出功率、頻率和電平切換速度以及頻譜純度等參數(shù)通常是人們做出合理選擇的關鍵。

當然，沒有一臺信號發(fā)生器能夠滿足所有測試應用的需求，試圖提供足夠的帶寬、輸出功率、調(diào)諧速度和頻譜純度只會導致高昂的、可能超過大多數(shù)(如果不是全部)預算的價格。因此，大多數(shù)商用的信號發(fā)生器在銷售時會劃分為寬帶、通用儀器(如10MHz至18GHz)或“特定頻帶”儀器(覆蓋用戶感興趣的特定頻率，如用于衛(wèi)星通信和電信應用的3.7GHz至4.2GHz和5.9GHz至6.4GHz)。本文將重點討論比較傳統(tǒng)的寬帶測試信號源。后續(xù)文章將介紹其它一些信號發(fā)生器類型，包括任意波發(fā)生器(AWG)和矢量信號發(fā)生器(VSG)。

在第一類具有寬調(diào)諧范圍的信號發(fā)生器內(nèi)，Giga-tronics公司的2550B型產(chǎn)品(圖1)僅憑一臺儀器和一個(2.4mm)連接器就覆蓋了2GHz至50GHz的頻率范圍，并且通過一個選項還可以把頻率范圍擴展至10kHz。2500B系列中還有其它一些信號發(fā)生器，分別覆蓋10kHz至2.5GHz、2GHz至8GHz、2GHz至20GHz、2GHz至26.5GHz和2GHz至40GHz的頻率范圍，所有這些信號發(fā)生器都具有0.001Hz的頻率調(diào)諧分辨率。這些信號發(fā)生器可以提供許多對衛(wèi)星測試應用來說極有價值的特性，包括大輸出功率、較快的切換速度和低相位噪聲。標配下的輸出功率在20GHz以下超過+20dBm，穩(wěn)定到500MHz以下的新頻率所需的時間不到550μs，幅度穩(wěn)定時間不到500μs。10GHz載波，1kHz偏移時的相位噪聲是-102dBc/Hz；10GHz載波，10kHz偏移時的相位噪聲是-108dBc/Hz，在50GHz范圍內(nèi)諧波通常小于-30dBc，雜散通常小于-50dBc。

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圖1：2550B型信號發(fā)生器具有寬調(diào)諧范圍，標準頻率范圍是2GHz至50GHz，并可擴展至10kHz。

在了解了有關頻譜純度的這些指標后，還需要注意，性能水平是頻率的函數(shù)，特別是在比較不同制造商的信號發(fā)生器時。以2550B型為例，從100MHz直到39.6GHz范圍內(nèi)的諧波通常是-50dBc，在更高和更低頻帶諧波性能則較低。同樣，在直到10.1GHz的頻率范圍內(nèi)，雜散性能可達-66dBc，在10.1GHz至39.6GHz范圍內(nèi)雜散性能可達-54dBc。這些性能水平不僅是基頻振蕩器、基準振蕩器、產(chǎn)生信號發(fā)生器微波頻率所用的頻率合成方法的函數(shù)，而且是產(chǎn)生最高頻帶所用的乘法方案的函數(shù)。

其它寬帶臺式信號發(fā)生器包括安捷倫科技公司(Agilent Technologies)的MXG和PSG儀器、Anritsu公司的MG37000A系列信號發(fā)生器和羅德與施瓦茨公司(R&S)的R&S SMF100A微波信號發(fā)生器。所有這些信號發(fā)生器都包含達到毫米波頻率的版本，并具有很好的輸出功率和優(yōu)秀的頻譜純度。例如，MXG系列信號發(fā)生器的頻率范圍為100kHz至20GHz、31.8GHz或40GHz，并且都具有0.01Hz頻率分辨率。20GHz以下的標準輸出功率為+11dBm，20GHz至40GHz的標準輸出功率為+7dBm，另有選項可將20GHz以下的輸出功率提升至+18dBm，將20GHz至40GHz范圍的輸出功率提升至+12dBm。

當工作在一系列編程頻率(列表模式)時，作為衡量切換到特定分辨率內(nèi)的新頻率所需時間的指標——頻率穩(wěn)定時間或切換速度在5ms或5ms以下(在比較這些數(shù)字時，認識到不同制造商可能使用不同的穩(wěn)定時間定義很重要)。作為一個可選功能，切換速度可以被加速到典型的600μs。與許多典型的信號發(fā)生器一樣，標準配置時的輸出電平可以降低至約-20dBm，利用選配的內(nèi)部步進衰減器還可以降低到-90dBm。相位噪聲典型值是-98dBc/Hz(6GHz或12GHz載波，20kHz偏移)。20GHz以下的諧波典型值為-60dBc，20GHz至40GHz的諧波典型值為-56dBc。而24GHz以下的雜散典型值為-50dBc，24GHz到40GHz時的雜散典型值是-45dBc。MXG信號發(fā)生器擁有大量調(diào)制選項，包括調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)、相位調(diào)制和脈沖調(diào)制。