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介绍函数信号发生器
信号发生器历史&发展：
在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测足电路的i些电参量,用来模拟在实际工作屮使用的待测设备的激励信号。

信号源按工作原理可以分为：LC源、锁相源、合成源等。

LC源--------- 直接产生正弦信号。

合成源------- DDS发展过程：立接频率合成，锁相式频率合成，立接数字频率合成。

信号发生器发展：
1、通常分类是按照产牛信号产牛的波形特征来划分：
音频信号源、函数信号源、功率函数发生器、脉冲信号源、任意函数发生器、任意波形发生器、标准高频信号源、射频信号源、电视信号发生器、噪声信号源、调制信号发生器、数字信号源等。

这种分类基本覆盖了航空航天、电子、电力等领域的每一个角落。

2、止弦信号发牛器原理：RC, LC等回路产牛止弦波。

3、方波都是通过正弦波和电压比较器通过比较产牛的；
脉冲信号发生器:能产生宽度、幅度和巫复频率可调的矩形脉冲的发生器
可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能
函数/任意波形发牛器：
它综合了各种信号源的优点于一身
主要用于模拟输出自然界的一些不规则信号
生成标准波形如正弦波、方波、三角波、脉冲波
还可以生成〃实际环境〃信号，包括在被测设备离开实验空或车间时可能遇到的所有毛刺、漂移、噪声和其它异常事件
1、信号源按照应用领域分类：低频信号发生器（音频），高频信号发牛器（射频通信信号），电视信号发生器（电视信号），电视扫频信号发生器（电视信号）等。

2、纵观信号发生器的发展，玄接合成数字信号发生器是近儿年的发展趋势。

Rigol的产品即使采用立接合成技术信号发生器。

3、函数（波形）信号发牛器
能产牛某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从儿个微赫到儿十兆赫。

除供通信、仪表和自动控制系统
测试用外，还广泛用丁其他非电测量领域。

正弦波：
止弦波发牛电路能产牛止弦波输出，它是在放大电路的基础上加上止反馈而形成的
它是各类波形发牛器和信号源的核心电路
正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器
方波：
方波是通过电压比较器产生的：比较电压信号（被测试信号与标准信号）人小
三角波：
方波电压作为积分运并电路的输入，积分运算电路的输出得到三角波电压
任意波：
直接数字合成（DDS）技术信号源的任意波产生方法：直接从波表提取N个点，这N个点是用户自定义的点。

DDS：
同传统的频率合成技术相比：
DDS技术具有极高的频率分辨率，极快的变频速度，变频相位连续，相位噪声低，易丁功能扩展和便于全数字化集成，容易实现对输出信号的多种调制
1971年3月美国学者J. Tierney, C. M. Rader和B. Gold首次提出了直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis)技术。

这是一种从相位概念出发-育接合成所需要的波形的新的全数字频率合成技术。

DDS信号发生器原理：
原理如同一个CD音乐播放器，存储在光盘上数字信息被读出，转换成模拟波形域后通过扬声器输出直接数字合成原理：
一育接数字频率合成(DDS)是采用数字化技术，通过控制频率控制字直接产生所需的各种不同频率信号。

DDS主耍山参考时钟、相位累加器、正弦查找表、D/A转换器和滤波器等组成，如图原理框图1。

参考时钟由一个高稳足的品体振荡器产牛，來同步整个频率合成器的各个组成部分。

N位加法器与N位相位寄存器级联构成相位累加器，每来一个时钟脉冲，加法器就将频率控制字K与相位寄存器中的数据相加。

相位寄存器可以将加法器在上一个时钟作用后产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续将相位数据与频率控制字相加。

这样, 相位累加器在参考时钟的作用下进行线性相位累加。

当相位累加器达到上限时，就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是合成信号的一个周期，累加器的溢出频率也就是DDS 的合成信号频率。

在参考时钟的控制下，频率控制字送入相位累加器。

用相位累加器的输岀作为正弦查找表的查找地址对正弦表进行查找。

查找表中的每个地址代表一个周期正弦波的一个相位点，每个相位点对应一个量化振幅值。

因此，这个查找表相当于一个相位/振幅变换器，它将相位累加器的相位倍息映射成数字振幅信息。

查找后的振幅数据再经过D/A转换器得到和应的阶梯波，域后经低通滤波器対阶梯波进行平滑处理，即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。

正弦波和三角波都可以存在波表中，而方波的实现是有波表中的正弦波经过和一个电压比佼器后得出，然后有另一个通道直接简单滤波处理，然后输出。

脉冲波也是
两种实现方式：
现成的DDS单芯片，町编程逻辑和DAC搭建DDS
基于“FPGA”的技术设计实现DDS
(FPGA,是英文Field Programmable Gate Array,可翻为现场可编程逻辑阵列。

它是一种半定制的专用集成电路(ASIC),既具有ASIC的优点，同时也具有可编程逻辑器件的灵活性。

2、FPGA的基本特点主要有：
1)采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

一一2) FPGA 可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3)FPGA内部有丰富的他发器和I/0引脚。

4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5)FPGA釆用高速CHM0S :E艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

町以说，FPGA芯片是小批最系统提高系统集成度、M靠性的最佳选择之-。

目前FPGA的品种很多,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

) 调制原理的介绍：
把基带信号变换成可传输信号的技术。

基带信号：是原始的电信号，一般是指基木的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。

用來控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。

载波：未调制的高频电振荡(可以是正弦波，也可以是非正弦波)。

已调信号：被调制信号调制过的载波信号称为已调波或已调信号。

1、在无线遥测遥控系统和无线电技术屮调制就是用基带信号控制高频载波的参数(振幅、频率和相位)，使这些参数随基带信号变化。

2、一般载波的信号都高于基带信号的频率。

3、在输入基带信号是，注意信号频率不耍超过仪器对应调制要求的最人范围。

调制分类：
调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类
模拟调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)、脉宽调制(PWM)
数字调制：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)
1、调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。

在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。

2、A SK：数字幅度调制又称幅度键控。

2ASK：二进制幅度键控。

FSK：数字频移键控是用载波的频率來传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。

2FSK：二进制数字频移键控。

PSK：相移键控
2PSK：二进制和移键控
AM (调幅)：
用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化
调幅波的频率仍是载波频率
调幅波包络的形状反映调制信号的波形
FM (调频)
用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。

调频波的振幅保持不变
调频波的瞬时频率偏离载波频率的显与调制信号的瞬时值成比.
补充：(角度调制是非线性调制，己调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分。

2、角度调制可分为频率调制(FM)和相位调制(PM)。

即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。

3、F M分为窄带调频与宽带调频
根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频(W'BF'1)与窄带调频(NBF\1) o ) PM (调相)
川调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。

调相波的振幅保持不变
调相波的瞬时和角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例
PWM (脉宽调制)
用调制信号控制脉冲序列中各脉冲的宽度，使每个脉冲的持续时间与该瞬时的调制信号值成比例脉冲序列的幅度保持不变，被调制的是脉冲的前沿或后沿，或同时是询后两沿，使脉冲持续时间发生变化
PWM广泛应用于电源开关电路。

如开关电源屮，脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PWM管理电路：需耍PWM电路來驱动电机。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设足的方向转动一个固能的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一
步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的H的；同时可以通过控制脉冲频率來控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的日的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差（精度为100%）的特点,广泛应用于各种开环控制。

PWM 广泛应用丁•电源开关电路。

如开关电源屮，脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的冃的。

PWM 只适用于脉冲信号。

PWM 广泛应用于电源开关电路。

如开关电源中，脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其山空比，从而达到稳定输出电压的冃的。

FSK （移频键控）
用数字调制信号的0/1控制载波的频率
当数字信号的振幅为高（1）时载波频率为fl
当数字信号的振幅为低（0）时载波频率为f2
Burst （突发模式）
可为用户提供多种波形函数的脉冲串输出
可持续特定数目的波形周期（N循环脉冲串）
或应用外部门信号时（为门控脉冲串），可使用任何波形函数。

主要应用领域：适用于脉冲电路、逻辑电路的研究、半导体器件参数的测试、电子计算机等。

Sweep （扫频）
信号发生器产生的信号的频率是连续变化的，它可用來测量系统对频率响应情况
主要应用领域：电源的设计检验、放大器设计检测等等
扫频应用范围：高/低频信号接受机和发送机测试，电视信号测试，通信网络测试
垂直分辨率（幅度分辨率）：
信号源的垂直分辨率是指信号源中可以编程的最小电压增址
是仪器数模转换器的二进制字宽度，单位为位，它规泄了波形的幅度精度
奈奎斯特取样定理规泄，取样频率或时钟速率必须至少是牛成的信号中最高频谱成分的两倍，以保证精确的复现。

釆样速率：
取样速率通常川每秒兆样点或者「兆样点表示，表明仪器可以运行的最人时钟或取样速率
取样速率影响着主要输出信号的频率和保真度
奈奎斯特取样处理规足，取样频率或时钟速率必须至少是牛成的信号屮最高频谱成份的两倍，以保证精确的复现输出信号带宽：
表明能够输出的信号最高频率分址，常川输出的正弦波最高频率表示。

波形存储深度：
存储深度是指用来记录波形的采样点数，它决足若波形数据的最大采样样点数量。

最高输出频率二采样率X0.4
输出信号的带宽常用正弦波输出的最高频率表示。

带宽（Fw）：
带宽是所有测量交流仪器必须考虑的技术指标，指仪器输出或能测量的信号幅度衰减-3dB处的最高频率。

-育接数字合成信号源的带宽一般用正弦波的最高频率表示。

任意波形发生器的应用领域：
在现代通讯设备测试屮，常常需要一种信号源，既能产生各种模拟和数字调制信号，同时也能根据测试要求改变信号特征，如电平特性、调制特性、噪声特性、失真特性、互调、串音等，以便対通讯设备的各项接受和发送性能做全面的测试。

从冃前来看，在如此宽范围内产牛复杂的调制信号只能借助于任意波形发生器。

另外，在军用宙达接受机测试中，常常需耍多种能模拟现实情况中出现的各种调制现象，以确保其各种接受性能。

例如当存在有噪声和杂散冋波时，为了实现更精确的信号处理，许多雷达都采用了Barker编码，而利用任意波形发牛器做调制源，可以对Barker编码进行模拟，从而产牛所需要的测试信号。

总Z,由于任意波形发牛器具有方便产牛任意波形的能力，现在已经成为现代军用测试领域内最常用的测试仪器z—。

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人（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。

应用领域：
电子电路设计及其半导体、模拟时钏「信号时，需耍很高的时钟稳定度、负载变化测试、模拟器件, 微处理器接口，AD和DA电路、数据和无线通信、调制解调器信号模拟、系统故障模拟、基站设备的功能检测
教育和培训：
电子工程实验室的n常实验需要任意波/函数发生器
AM和FM信号进行通信原理教学实验
扫频信号进行滤波器特性分析
模拟试验：
汽车传感、控制系统
生物、医疗实时低频信号
家丿U电器设备功能性试验
任意波：
用于模拟输出口然界的一些不规则信号，可以生成“实际环境”信号，包括在被测设备离开实验室或车间时可能遇到的所有毛刺、漂移、噪声和其它异常事件
用户可以通过Ultrawave编辑方便的产生所需要的波形
漂移：一个理想的放人电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变（不一定是零），但实际上，由丁•环境温度的变化,输出电压并不保持恒定,而在缓慢地，无规则地变化着,这种现象就叫零点漂移（或称温漂）。

在用两个三极管组成的差分放大电路屮，由于电路的対称性，可以有抑制温漂的能力。

接口功能介绍：
信号接口的具体功能
10M时钟输入/输出：能输入/输出10MHz的信号
外部调制信号的输入端（止弦波，方波，脉冲波，锯齿波等）
FSK的外部调制信号输入端，Burst外部他发源输入端
数字信号输出
同步输出的是同频率同相位的TTL电平
函数信号发生器使用方法，函数信号发生器如何使用？
2009-2-5来源：广东正业科技有限公司 >>进入该公司展台信号发生器一般区分为两数信号发生器及任意波形发生器，而两数波形发生器衣设计上乂区分出模拟及数字介成式。

众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（PI丄）的设计让输出信号不仅是频率精准，而Ji•相位抖动（phase Jitter）及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竞是数字式信号源, 数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发. 这是通用模拟式函数信号发
生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的止弦波整型电路产牛止弦波，同时经rfl 比较器的比较产牛方波，换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。

同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如F：
当II二12时，即可产牛对称的三角波，如果II > >T2,此时即产牛负斜率的锯齿波，同理Tl < < T2即产生正斜率锯齿波。

再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈借数改变，也就是改变信号的频率, 这也就是信号源面板上频率档的选择开关。

同样的同步地改变T1及T2,也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需耍简单地将原本是电压信号转成电流而已。

而在占空比调整上的设计有卜•列两种思路：
改变电平的幅度，亦即改变方波产牛电路比较器的参考幅度，即对达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以卜，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出來的信号有所变动，如果要将此信号用來作模数（A/D）转换，那么得到的数字信号就发牛变动而无所适从。

但不容否认的在使用上比较好调。

2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下：
将方波产生电路比较器的参考幅度予以固定（正、负可利用电路予以切换），改变充放电斜率，即可达成。

这种方式的设计一般使用者的反应是“难调”，这是大缺点，但它可以产牛10%以下的占空比却是在采样时的必备条件。

以上的两种占空比调整电路设计思路，各有优缺点，当然连带的也影响到是否能产生“像样的”锯齿波。

接下來PA （功率放大器）的设计。

首先是利用运算放大器（0P），再利用推拉式（push-pull）放大器（注意交越失H Cross-distortion的预防）将信号送到衰减网路,这部分牵涉到信号源输出信号的指标，包含信噪比、方波上升时间及信号源的频率响应，好的信号源当然是止弦波信噪比高、方波上升时间快、三角波线性度耍好、同时伏频特性也要好, （也即频率上升，信号不能衰减或不能减太大），这部分电路较为复杂，尤其在高频时除利川电容作频率补偿外，也牵涉到PC板的布线方式，一不小心，极易引起振荡，想设计这部分电路，除原有的模拟理论基础外尚需具备实际的经验，“Try Error"的耐心是不对缺少的。

PA信号出來厉，经过Ji型的电阻式衰减网路，分别衰减10倍（20dB）或100倍（40dB）, 此时一部基本的函数波形发生器即己完成。

（注意：选川兀型衰减网络而不是分压电路是耍让输111P11抗保持一定）。

一台功能较强的函数波形发牛器，还有扌H频、VCG、TTL、TRIG、GATE及频率计等功能，其设计方式在此也顺便一提：
1.扫频：—•般分成线性(Lin)及对数(Log)扫频；
2.VCG：即-•般的FM,输入一音频信号，即可与信号源本身的信号产生频率调制；
上述两项设计方式，笫1项要先产牛锯齿波及对数波信号，并与笫2项的输入信号经过多路器(Multiplexer)选择，然后再经过电压对电流转换电路，同步地去加到图二中的II、12 ±；
3.TTL同步输出:将方波经三极管电路转成0 (Low)、5V (High)的TTL信号即可。

但注意这样的TTL信号须再经过缓冲门(buffer)后才能输出，以增加扇出数(Fan Out), 通常有时还并联几个buffero Ifij TTL INV则只要加个NOT Gate即可;
4.TRIG功能：类似One Shot功能,输入一个TTL信号,则可让信号源产生一个周期的信号输出，设计方式是在没信号输入时，将图二的SWI接地即可；
5.Gate功能：即输入一个TTL信号，让信号源在输入为Ili时，产生波形输出，直到输入为
LOW时，图二SWI接地而关掉信号源输出；
6.频率计：除市场上简易的刻度盘显示Z外，无论是LED数码管或LCD液晶显示频率, 其与频率计电路是重叠的.
2.任意波形发生器，仿真实验的最佳仪器
任意波形发生器是信号源的一种，它具有信号源所有的特点。

我们传统都认为信号源主要给被测电路提供所石要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。

可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。

信号源有很多种，包Ki止弦波信号源，函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。

一般來讲任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源波形生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。

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, 有的述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-•种电路，需要验证其町靠性与稳定性，就需要给它施加理想中的波形以辨别真伪。

如我们对使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平；我们对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，山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(见图1,图2),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，将对能会导致整个设备“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。

山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。

同时山于编辑一个任意波形有时需耍花费大量的时间和精力，并且每次编辑波形对能有所差并这样有的任意波形发牛器，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，在现实环境述需要作更进一•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）的对行性和稳定性等；我们就町利用有些任意波形发生器波形卜•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，冑接下载到设计电路，更进一步实验验证。

综上所述，任意波形发生器是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。

我们选购时除关心传统信号源的缺陷一一频率精度、频率稳定度、幅度精度、信号失真度外，更应关心它编辑与波形生存和下载能力，同时也要注意它的输出通道数，以便同步比较两信号的和移特性, 更进一步达到仿真实验状态。