任意波形发生器的原理与应用

如何激励仪器
•需要特别降低或增强信号以建立和验证仪器性能的极限
–添加错误信号 –增加噪声 –制造特殊事件 –颠倒时序 –改变幅度 –限制带宽 –增加谐波失真 –其他等等
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常用的信号发生器
• 函数发生器 • 脉冲发生器 • 特殊信号发生器
–视频信号，电讯信号
• 调制发生器
–AM, FM, FSK, I/Q 等等
• 定制式发生器 • 系统元件 • 以上各项的组合
8 刘国琨 福禄克任意波形发生器 2/5/2002
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任意波形发生器可以代替 所有这些仪器
往往价格更低 ！
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电力质量测试
•将波形下载至Arb
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电力质量测试
•任意波形发生器的3个通道 同步产生3相电源信号
工作原理
•用相位累加器的优点
–优良的标准波形性能
* 优良的频率准确度，稳定性，正弦信号时相位噪声 小 * 正弦频率高，接近奈奎斯特频率 * 适合产生扫频信号
–低价结构
•用相位累加器的缺点
–产生低占空比脉冲串困难
–阶跃响应差（信号越变时有振铃）
–信号细微处失真 –相位性能不好
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任意波形发生器基础
•Arb = 任意波形发生器或任意函数发生器
•什么是任意波形发生器？
–它是一种数字合成函数发生器.
•任意波形发生器能为用户做什么? 以操作简便, 快速, 经济的方式来模拟 用户所需的各种复杂信号
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–成本高,较昂贵 –正弦波形频率不高
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关键指标
•最高采样率 MS/s
–确定信号组成的最高频率 * 1/2 采样频率为奈奎斯特频率
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旋转矢量 正弦波表
时钟
信号周期为采样信号周期的十二分之五
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DDS技术和相位累加器
旋转矢量 正弦波表
时钟
信号周期为采样信号周期的十二分之五
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关键指标
•波形存储器
–存储波形点数的存储器，
* 点数多可以产生长波形
* 波形短时分辨率高
–波形段的容量和数目
* 产生复杂的波形
* 存储许多波形
* 不同波形不同名字 * 用户可自己确定波形容量
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关键指标
信号重复频率
D/A
地址
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任意波形发生器工作原理
•具有开始，停止和重复能力的地址发生器
开始计数
停止计数
开始计数 停止计数 重复计数
触发输入
触发输入
重复数为4
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福禄克任意波形发生器
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任意波形发生器用于
•脉冲/脉冲序列发生器
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任意波形发生器用于
•调制信号源
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任意波形发生器用于
•噪声发生器
模拟噪声
信号＋噪声
数字噪声
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任意波形发生器用于
•扫频信号发生器
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任意波形发生器用于
•触发信号发生器
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考察信号的抖动
Байду номын сангаас真任意波形发生器
DDS信号发生器
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工作原理
• “真任意波形发生器”的优点
–波形可连接 –优良的低占空比的波形
–优良的阶跃响应
–优良的相位特性
• “真任意波形发生器”的缺点
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Fw
：
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关键指标
•垂直分辨率（模数转换分辨率）
–大多为12位，即有0－4096个台阶
–也有8位，10位和16位的 –位数越高，每个波形点的分辨率也越高，因而失真和噪声更低
–信噪比 位数6
–般高采样率的任意波形发生器, 垂直分辨率都较低
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任意波形发生器工作原理
外部参考输入 采样 时钟 信号
触发输入 地址 发生器 IEEE-488/RS-232 接口 微处理器系统
波形 存储器
DAC
信号 修整
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任意波形发生器工作原理
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任意波形发生器基础
任意波形发生器是一种强有力的工具
•可仿真复杂的实际信号 •可产生任意一种波形 •产生的波形可以修改 •用软件可产生各种函数，噪声，脉冲串，调制信号等等
•为各种应用提供方案
•生产任意波形发生器比生产同等性能的模拟波形发生器一 般要便宜
–有时也叫任意函数发生器
时钟
相位累加器
低通滤波器
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相位累加器
时钟
输出
相位累加寄存器
相位输出寄存器
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DDS技术和相位累加器
旋转矢量 正弦波表
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关键指标
•通道数 •通道间的功能
–触发 –调制 –相位调整
•连接能力 •放大能力
–最大幅度，偏置
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关键指标
•产生所需波形的方法
任意波形发生器工作原理
0.00 0.50 0.87 1.00 0.87 0.50 0.00 -0.50 -0.87 -1.00 -0.87 -0.50 0.00
D/A
地址
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波形连接
将存储器分段
波形存储器
分为能独立存取和控制的独立段落
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电力质量测试
•设置任意波形发生器
–用 WaveForm DSP2 波形发生软件产生带有各种变化 的正弦波
纯正弦波
带噪声的正弦波
带过渡过程的正弦波
带掉电的正弦波
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时钟
信号周期为采样信号周期的四分之一
30 刘国琨 福禄克任意波形发生器 2/5/2002
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DDS技术和相位累加器
旋转矢量 正弦波表
时钟
信号周期为采样信号周期的三分之一
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DDS技术和相位累加器
开发产品的过程
结构设计 硬件子系统1， 样机设计 子系统1，调试 集中联调
硬件子系统N 样机设计 定义系统功能
硬件事项
子系统N，调试
生产
软件子系统1 设计编码
软件子系统 调试1
生产测试
软件事项 软件/硬件 公共项 软件子系统N 设计编码 软件子系统N 调试 安装服务
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任意波形发生器用于
•产生用户设定的复杂波形
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任意波形发生器用于
•产生各种基本波形 (正弦波,方波, 三角波等等)
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刘国琨
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电力质量测试
• 用多通道任意波形发生器可以方便地测试三相电力 监视设备和其他交流监视设备
• 测试设备在过渡过程或掉电时的响应是典型要求
• 任意波形发生器仿真电力线的变化非常容易， 在这类应用中功能强大
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任意波形发生器的原理与应用
福禄克精密测试仪器部
1
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Presentation Name
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何时，何地，什么情况以及为什么 需要任意波形发生器
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输出波形
触发信号
同步输出
(EOS)
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波形连接
波形1
波形2
波形3
波形4
1
27 刘国琨
1
4
3
2
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2
2
1 1
4 4
3
3
3
2
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采用相位累加器的任意波形发生器
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测试/调试过程
“冒烟”测试 最初检查 功能检查
优化和加载
参数和裕度分析
所有项目
软件调试 集成
一般仅在设计阶段
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激励－响应模型
将控制的激励加至系统输入
10101100110
10101100110
•简单的计数器式地址发生器
采样时钟信号
时钟
波形存储器
计数器 计数器
0000 0001 0010
波形存储器
0011
0100
...
21 刘国琨 福禄克任意波形发生器 2/5/2002
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任意波形发生器工作原理
0.00 0.50 0.87 1.00 0.87 0.50 0.00 -0.50 -0.87 -1.00 -0.87 -0.50 0.00
Fw = fs wsize
信号重复频率＝采样频率 波形容量 采样频率 波形容量
fs(MS/s)=每秒产生的波形点 wsize＝确定波形的点数
加大点数可优化波形质量
举例：
需要1000点的波形
最高信号重复频率
任意波形发生器最高采样率50MS/s
50,000,000 MS/s 1,000 = 50kHz
测量输出，确认是否为所需
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如何激励仪器
•经常由“缺少”的电路来激励系统输入
–来自外部信号源 –来自其他子系统 –来自遥远的其他设计组
–来自项目协作人
–来自某仪器供应商
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25 刘国琨 福禄克任意波形发生器 2/5/2002
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波形连接
• 把多个波形连接在一起 • 适于产生非常长，非常复杂的波形 • 可以减少对大波形存储器的需要
由设置猝发信号数为2，使整段波形重复两次
wvfm 1
wvfm 2
wvfm 3
wvfm 1
wvfm 2
wvfm 3
–从文件(如Excel文件)输入 用前面板的编辑功能
–用示波器采集的波形
–用波形发生软件 DSP2
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关键指标
•总结
–采购 任意波形发生器之前，明白需要的性能
* 波形和信号频率 * 波形存储器
* 幅度和幅度分辨率
* 波形连接 * 多通道的需要 * 怎样产生或获得所需波形
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任意波形发生器功能
•任意波形发生器称得起多才多艺
•任意波形发生器可以仿真任何波形
•比同等性能的模拟波形发生器一般要便宜
•任意波形发生器是设计工程师，测试工程师 和维修工程师强有力的工具
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