介绍函数信号发生器

介绍函数信号发生器

2009-05-29 11:48

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，为测定电路的一些电参量,用来模拟在实际工作中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：直接频率合成，锁相式频率合成，直接数字频率合成。

信号发生器发展：

1、通常分类是按照产生信号产生的波形特征来划分：

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、正弦信号发生器原理：RC，LC等回路产生正弦波。

3、方波都是通过正弦波和电压比较器通过比较产生的；

脉冲信号发生器:能产生宽度、幅度和重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/任意波形发生器：

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

1、信号源按照应用领域分类：低频信号发生器（音频），高频信号发生器（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，直接合成数字信号发生器是近几年的发展趋势。Rigol的产品即使采用直接合成技术信号发生器。

3、函数（波形）信号发生器

能产生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，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统

测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

正弦波：

正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的

它是各类波形发生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)大小

三角波：

方波电压作为积分运算电路的输入，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，易于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.Tierncy，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直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，转换成模拟波形最后通过扬声器输出

直接数字合成原理：

直接数字频率合成（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主要由参考时钟、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定的晶体振荡器产生，来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。用相位累加器的输出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信息映射成数字振幅信息。查找后的振幅数据再经过D/A转换器得到相应的阶梯波，最后经低通滤波器对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较器后得出，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，可编程逻辑和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。——2）FPGA 可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O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采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

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，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。用来