虚拟任意波形发生器的校准方法探讨

控制技术公司（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）有 幸承接了纽约市学校管理局的“孩子优先”工程，这 是目前全世界在建的、最大的 ＬｏｎＭａｒｋ 系统集成项 目，该项目也在本次会议上得到获奖提名。纽约市学 校管理局负责 １６００ 多个建筑物的管理，其中大多数建 筑物还在使用气动控制系统。该管理局计划改造和更 新这些陈旧的系统时，考虑到采用开放式标准，并请
器），使信号载波频谱幅度AfC 可方便读数（例如对齐 顶端水平刻度）。可使用相对幅度功能（△ MARK）设
置为 ０．０ｄＢ。频谱分析仪的中心频率，分别测载波信
号的各次谐波（一般测量二次、三次等）、分谐波（一

般测量 １／２，１／３，２／３ 次等）及杂波（从 ｆ ／３～３ｆ 范
ｃ
ｃ
围内出谐波、分谐波之外）频谱幅度A ，A 及A 。分
R ——分谐波抑制度，单位为dB ；
fd
c
R ——杂波抑制度，单位为 dB；
fS
c
（下转第４８页）
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Series Features —— LonMark in China (4)
采用 Ｌ ｏ ｎ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 技术成为项目中的主要内容。Ｍ ｃ Ｇｏｗａｎ 先生是开放式系统的市场和技术方面的资深专 家，他经常发表演讲，宣讲节能技术、系统设计和工 程实施方面的经验，所以在行业里享有很高的声誉。 在本次Ｂｕｉｌｃｏｎｎ国际会议上，ＬｏｎＭａｒｋ国际协会的其他 项目还得到了获奖的提名
(1. Unit 91663 of PLA, Tsingtao 266040 2. Department 89 Unit 92493 of PLA, Huludao 12500) 【摘 要】 以 ＮＩ 公司 ＮＩ５４ｘｘ系列任意波形发生器为例，介绍其校准方法和校准程序设计。 【关键词】 虚拟仪器 任意波形发生器 校准 Abstract: The paper introduced the methods and programming design of calibration by the example of using NI54xx waveform generator. Key words: Virtual Instrument Arbitrary Function Generator Calibration
引言 虚拟仪器作为一种基于计算机技术的新型测试系
统，具有功能强、测量速度快、自动化程度高、体积 小、重量轻、携带使用方便等诸多优点，特别是它的 高度灵活性，使传统的仪器测试系统望尘莫及，因此， 在国防、航天、航空等领域较大规模的自动测试系统 中都采用了虚拟仪器技术。虚拟任意波形发生器，由 于其能根据需求输出各种波形信号，在现代自动测试 系统中占有重要位置，由于制造它的电子元器件，随 着温度和时间的变化其性能会发生变化，像其他电子 仪器一样也存在检定 ／ 校准的问题。目前各级计量部 门所要检定的此类仪器是相当多的，由于此类仪器的 特殊性，无法对其进行检定 ／ 校准，严重影响了仪器 装备的性能、科研、试验、生产任务的顺利进行。随 着科学技术的发展，如何充分利用现有标准仪器设备， 组成自动的虚拟任意波形发生器的校准系统，是各级 计量部门都尚需和急需解决的问题。 １ 校准系统组成及校准方法
fs ——频率测量值，单位为 Ｈｚ； δ f ——频率相对示值（刻度）误差，单位为 ％。
校任意波形发生器的内部时钟（常称为时基）连
接到频率计数器信号输入端，用频率计数器测量内部
时钟频率，可分别计算内部时钟频率示值误差△ f 或
δ f。 校任意波形发生器的频率较低时，应用低频计数
器，测量分辨力可达到 １ μ Ｈｚ；也可将频率计数器置
标准进行测量。
１．５ 信号频谱纯度
在被校任意波形发生器的工作频率范围内选择测
量频率（一般应包括低、中、高频率），输出幅度为额
定输出电平值（无规定时，可设置为最大值）。
正确调节频谱分析仪的中心频率、扫描宽度、中
频带宽及扫描时间等，并置频谱分析仪的垂直刻度于
１０ｄＢ／ｄｉｖ，并调节参考电平（必要时，调节输入衰减
号频率ｆｘ。 一般测量方法是：被校任意波形发生器通电预
热；应用频率计数器作为测量标准，必要时，可用外 部原子频率标准代替频率计数器的内部时基。
被检任意波形发生器置于连续波工作方式，输出 功率电平置于规定值（无规定时，可置于 ０ｄＢｍ），被
校任意波形发生器的输出频率分别置于包括频率范围 的最低、中间、最高等若干频率点；频率计数器用测
ＬｏｎＭａｒｋ 国际协会以其设计的“ＬｏｎＭａｒｋ 开放系 统资质认证程序”而得到获奖提名。这个“资质认证 程序”将在今年下半年发布，作为对系统集成商和安 装公司资质认证的依据。目前在某些行业里，由于存 在不同的认证标准而出现了混乱。建筑物自动化市场 需要培养和造就一批合格的集成商，我们制定了一个 长期的、专业的认证计划，包括技术培训和企业级的 认证，发布“资质认证程序”只是整个计划的第一步。
ｈｐ３４４０１Ａ实现对任意波形发生器的ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ的 校准， 校准时将任意波形发生器置于 Ｃｈａｎｎｅｌ－Ｎａｍｅ →“０”；Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ →０；Ｄｃ－Ｏｆｆｓｅｔ →０；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ → ０；Ｓｔａｒｔ－Ｐａｕｓ → ０；Ｗａｖｅｆｏｒｍ → ＮＩＦＧＥＮ－ＶＡＬ－ ＷＦＭ－ＤＣ，ｈｐ３４４０１Ａ 置直流电压测量功能，其测量 值不应大于说明书规定的值。实质是校准任意波形发 生器在无输出时，输出放大的直流偏移情况。 １．２ 幅度准确度校准
测量任意波形发生器输出幅度为额定值（无规定
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仪表与计量技术
时，可设置为最大值）在被校准任意波形发生器的参 考频率点，用功率计测量输出功率 Ｐｒ，在工作频率范 围内，连续改变被检任意波形发生器的输出频率，用 功率计分别测量其他各频率点的输出功率，测得被校 任意波形发生器某频率点的输出功率的最大值 Ｐ ， ｏｍａｘ 某频率点输出功率的最小值 Ｐｏｍｉｎ，则被校任意波形发 生器的输出功率频响△ L１＝１０lg（POｍａｘ／Pr），△ L２＝１０lg （POｍｉｎ／Pr），即△ L１ 和△ L２ 应满足技术指标要求。 １．３．２ 输出幅度平坦度
于测量“周期”功能，测量发生器输出频率的重复周
期，用fx＝１／Tx计算出被测的频率，并计算出示值误差。 注意事项：校准任意波形发生器的频率示值误差
时应注意，被校仪器需经过规定时间预热，工作在等
幅（ＣＷ）方式，输出频率预置后，面板上的所有开关、
旋钮等均不得变动，不允许瞬时断电，避免机械振动
和冲击；测量高稳定信号发生器时，应使用原子频率
将任意波形发生器输入设置为 Ｃｈａｎｎｅｌ－Ｎａｍｅ → “０”；Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ → ０；Ｄｃ－Ｏｆｆｓｅｔ → ０；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ →
０ ；Ｗ ａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ → Ｎ Ｉ Ｆ Ｇ Ｅ Ｎ － Ｖ Ａ Ｌ － Ｗ Ｆ Ｍ － Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ 。 ｈｐ３４４０１Ａ 置交流电压测量功能，对 ＡＲＢ Ｏｕｔ 输出端 的信号进行测量，其测量值在 ３．４９５０６～３．５７６４７Ｖｒｍｓ 之间，否则不合格。 １．３ 输出幅度频响及平坦度 １．３．１ 输出幅度频响
图１ 校准系统组成框图 收稿日期：２００６－０４－０２ 作者简介：黄大治（１９７７－），男，湖南邵阳人，海军航空工程学院 毕业，现从事军事装备自动化检测与计量研究工作。
由 ｈｐ３４４０１Ａ 数字电压表、ｈｐ８５９０ 频率分析仪、 ｈｐ８９０２ 测量接收机、１９９２ 频率计、ＰＸＩ、ＰＣＩ 总线结 构任意波形发生器、ＰＸＩ 机箱等组成如图１所示校准 系统。ｈｐ３４４０１Ａ 实现 ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ 和幅度准确度检定／ 校准；ｈｐ８５９０ 实现信号频谱纯度的检定 ／ 校准；１９９２ 实现频率示值误差的检定 ／ 校准；ｈｐ８９０２ 实现输出幅 度频响及平坦度的检定 ／ 校准。 １．１ ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ校准
ＬｏｎＭａｒｋ 协会给以指导。现在每个建筑物都采用了标 准的 ＬｏｎＷｏｒｋｓ 系统，而且每个工程都有几个供应商 在竞标。第二步计划是采用“设备主系统集成 ＦＭＳＩ” 方案（Ｆａｃｉｌｉｔｙ Ｍａｓｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ），由一个 承包商负责把各个不同建筑物的管理集成到一个计划 管理系统中。美国佛蒙特州柏林敦市的控制技术公司 最终承接了系统集成的任务，他们计划用三年的时间， 开发出全套的图形化标准，负责系统调试，并纳入纽 约市学校管理局庞大的 ＩＴ 网络。纽约市学校管理局负 责该项目的Ｂｉｌｌ Ｂｅｎｓｏｎ先生说：该项目的效益将是显 著的，我们不会再受限于各个分立的供应商。尽管各 个建筑物可以独立招标，但是在远程监视、控制、故 障诊断和报警方面，采用的是一个统一的系统。Ｔｅｒｒｙ Ｒ ｅ ｙ ｎ ｏ ｌ ｄ ｓ 先生是控制技术公司的合作伙伴，也是 ＬｏｎＭａｒｋ 美国分会理事会的成员。他预见纽约市学校 管理局采用这套双层次的系统后，不仅在管理方面具 有极大的灵活性，而且能够大量节约成本，从而获得 长期的效益。
fn fd
fC
别计算任意波形发生器谐波、分谐波以及杂波幅度低
于载波幅度的分贝数，得到谐波、分谐波及杂波的抑
制度 R ，R 及R ，单位为dB ，或使用相对幅度功能
fn fd
fC
c
（△ MARK）直接读出抑制度。
Rfn＝Afn－AfC Rfd＝Afd－AfC R ＝A －A
fS fS fC
式中：
Rfn ——谐波抑制度，单位为 dBc；
任意波形发生器的输出幅度平坦度是指在工作频 率范围内输出幅度的最大值和最小值之比，或输出电 平最大值与最小值之差。一般低频信号发生器的输入
幅度的检定常用电子电压表，高频和微波信号输出幅 度的检定用测量接收机或功率计等。被检信号发生器 输出幅度的测量为额定值（若无规定时，可设置为最 大输出幅度）。在被检信号发生器的工作频率范围内选 择频率，选择一个频率步进值（例如 １ＭＨｚ）。用向上 （或向下）步进功能键，连续改变被检信号发生器的输