函数任意波形发生器全攻略

函数/任意波形发生器用来做什么的？

一、函数功能，仿真基础实验室设计人员的环境函数信号源是使用最广的通用信号源，它能提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲串等波形，有的还同时具有调制和扫描能力，众所周知，在我们的基础实验中（如大学电子实验室、科研机构研究实验室、工厂开发实验室等），我们设计了一种电路，需要验证其可靠性与稳定性，就需要给它施加理想中的波形以辨别真伪。如我们可使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平；我们可对一个怀疑有故障的数字电路，利用信号源的方波输出作为数字电路的时钟，同时使用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模拟输出，观察该电路的运行状况，而证实故障缺陷的地方。总之利用任意波形发生器这方面的基础功能，能仿真您基础实验室所必须的信号。二、任意波形，仿真模拟更复杂的信号要求众所周知，在我们实际的电子环境所设计的电路在运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变、频率突变等，这些情况的发生，如在设计之初没有考虑进去，有的将会产生灾难性后果。例如图1中的a处过尖峰脉冲，如果给一个抗冲能力差的电路，将可能会导致整个设备“烧坏”。确认电路对这样一个状况敏感的程度，我们可以避免不必要的损失，该方面的要求在航天、军事、铁路和一些情况比较复杂的重要领域尤其重要。由于任意波形发生器特殊的功能，为了增强任意波形生成能力，它往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过专用的波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真模拟实验。同时由于编辑一个任意波形有时需要花费大量的时间和精力，并且每次编辑波形可能有所差异这样有的任意波形发生器，内置一定数量的非易失性存储器，随机存取编辑波形，有利于参考对比；或通过随机接口通讯传输到计算机作更进一步分析与处理。三、下载传输，更进一步实时仿真在一些军事、航空、交通制造业等领域中，有些电路运行环境很难估计，在实验设计完成之后，在现实环境还需要作更进一步实验，有些实验的成本很高或者风险性很大（如火车高速实验时铁轨变换情况、飞机试机时螺旋桨的运行情况等），人们不可能长期作实验判断所设计产品（例如高速火车、飞机）的可行性和稳定性等；我们就可利用有些任意波形发生器波形下载功能，在作一些麻烦费用高或风险性大的实验时，通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口传输到信号源，直接下载到设计电路，更进一步实验验证。将DDS应用于波形发生器，能非常方便的产生任意波形。一般除了具备常规函数发生器所具备的正弦波、方波、锯齿波、脉冲、噪声外，还有指数上升、指数下降、Sinc波、心电图波、直流，以及地震波等任意波形。能采用直接在仪器上手动编辑或windows下软件编辑的方式产生任意波形，用于模拟电路或应用环境中可能发生的情况，此外还具备非常丰富的调制功能，甚至有些调制功能是以往只能在高端信号源上才能看到的。

您能够在可能比较困难或者不能生成复杂输出波形的各种应用环境中使用任意波形发生器，能够非常容易地在可控制的情况下模拟一些非理想的信号，例如上升时间振铃毛刺噪声和随机时变，物理，化学，生物，医学，电子，机械，以及其他领域都可以从任意波形发生器的多功能性中获益。无论是振动抽运脉冲起泡猝发或以任何方式相对于时间的变化，您都可以使用任意波形发生器。只受您指定波形数据的能力的限制，调制是用低频信息（称为调制信号）调整高频信号（称为载波信号）的过程。载波信号和调制信号可以具有任何波形，但是载波通常是正弦波，两个常用的调制类型是调幅(AM) 和调频(FM)。这两种调制形式根据调制信号的瞬时值分别调整载波的振幅或频率。第三种调制类型是频移键控(FSK)，在这种调制中输出频率根据数字调制信号的状态在两个频率间移动。调制波形相对于载波频率的频率变化称作频率偏移，频率偏移小于调制信号带宽的1% 的波形称为窄带， FM具有较大偏移的波形被称为宽带，FM已调制信号的带宽可由下列等式进行近似计算

BW=2x(调制信号带宽)对于窄带 FM

BW=2x(偏移 + 调制信号带宽)对于宽带 FM

在美国商业 FM 电台通常具有 15 kHz 的调制带宽75 kHz 的偏移也就是宽带因此调制带宽是2 x (75kHz + 15 kHz) = 180 kHz频道间隔为 200 kHz

模拟调制。幅度调制(AM)和频率调制(FM)最常用于广播通信中。调制信号随载波幅度和/或频率变化。在接收端，解调电路理解幅度和/或频率变化，从载波中提取内容。相位调制(PM)调制载波波形的相位、而不是频率，以嵌入内容。

数字调制。与其它数字技术一样，数字调制基于两种状态，允许信号表示二进制数据。在幅移键控(ASK)中，数字调制信号导致输出频率在两个幅度之间开关；在频移键控(FSK)中，载波在两个频率(中心频率和偏置频率)之间开关；在相移键控(PSK)中，载波在两个相位设置之间开关。在PSK中，通过发送与以前信号相位相同的信号，来提供比特“0”，而比特“1”则通过发送相位相反的信号进行表示。

脉宽调制(PWM)是另一种常用的数字格式；它通常用于数字音频系统中。顾名思义，它只适用于脉冲波形。通过PWM，调制信号导致脉冲的活动脉宽(前面介绍的占空比)变化。

正交调制。当前数字无线通信网络是在正交(IQ)调制技术基础上构建的。两个载波是同相(I)波形和正交相位(Q)波形，其中Q波形相对于“I”波形整整延迟90度，这两个波形进行调制，生成四种信息状态。两个载波组合在一起，通过一条通道传输，然后在接收端分开和解调。IQ格式提供的信息要远远高于其它模拟和数字调制形式：它提高了系统的有效带宽。

下面找出主要以国产厂商为主的函数/任意波形发生器做一个对比，以此来了解国内DDS的应用水平，并给出一个大概的选购指南，以便您在需要的时候能够快捷的找到合手的信号源。Agilent在很早之前就推出了33200系列的任意波形发生器，给业界立了一个标杆，最近其又推出了33210A来进一步细分这个市场。而Tek推出的AFG3000系列采用了类似TDS1000系列的经典界面，将波形图形化显示，也算一个创新；而且其采样率最高达2GSa/s，输出频率240MHz，也将商用的DDS任意波形发生器推到了一个新的高度。在此以这两家作为对比的尺度来衡量各家的水平。但国内厂商大多参考的是Agilent的33200系列，推出了的种类比较繁多，这里仍然取代表其最高水平的型号。

1. Agilent 33250A

2. Tektronix AFG3101

3. Rigol DG3121A

4. TFG3150

5. SPF120

6.EM32801

7. WY32040A

8. SG2040

9. CS164

10. SFG830

1. Agilent 33250A

Agilent的这款仪器就不用多说，相信在没有普源之前，好多用到函数/任意波形发生器的朋友手头就是这款，或者是他的同门兄弟33220A，更有甚者用到的可能是33120A。本身就提供了非常高的频率准确度3ppm，还可以通过10M参考时钟输入来进一步提高频率准确度，不过遗憾的是10MHz输入，输出不是标配，而是选件。虽然显示采用了一块比较小的液晶，但具备了全部的必要显示信息，并具有图形和文字