許多工程師在面對(duì)調(diào)試和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等任務(wù)時(shí)，往往僅將目光投向了示波器或邏輯分析儀，將這些采集儀器視為解決問題的萬(wàn)能鑰匙。然而，他們往往忽視了一個(gè)至關(guān)重要的配套儀器——信號(hào)發(fā)生器。

信號(hào)發(fā)生器，作為激勵(lì)儀器的一種，在工作中扮演著舉足輕重的角色。

信號(hào)發(fā)生器，從廣義上可分為混合信號(hào)發(fā)生器（包括任意波形發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器）和邏輯信號(hào)源（如脈沖或碼型發(fā)生器），從而滿足了各種信號(hào)生成的需求。不同類型的信號(hào)發(fā)生器各具特色，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

混合信號(hào)發(fā)生器，專為輸出模擬波形而設(shè)計(jì)，如正弦波、三角波等，以及包含圓形和不理想“方”波在內(nèi)的實(shí)際環(huán)境信號(hào)。這些發(fā)生器提供了豐富的控制選項(xiàng)，如幅度、頻率、相位調(diào)整，以及DC偏置和上升/下降時(shí)間控制。此外，它們還能創(chuàng)建過沖等畸變，并支持邊沿抖動(dòng)和調(diào)制等功能。

另一方面，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器則專為驅(qū)動(dòng)數(shù)字系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。其輸出為二進(jìn)制脈沖流，無(wú)法生成模擬波形。這類發(fā)生器的功能優(yōu)化主要針對(duì)計(jì)算機(jī)總線需求和類似應(yīng)用，包括加速碼型開發(fā)的軟件工具以及匹配各種邏輯系列的硬件工具。

值得注意的是，如今的高性能信號(hào)發(fā)生器，無(wú)論是函數(shù)發(fā)生器、任意信號(hào)發(fā)生器還是碼型發(fā)生器，大多基于數(shù)字結(jié)構(gòu)，具備靈活的編程能力和卓越的精度。然而，設(shè)計(jì)高質(zhì)量的模擬信號(hào)發(fā)生器和混合信號(hào)發(fā)生器仍具有一定的挑戰(zhàn)性，需要投入大量的時(shí)間和精力。
幸運(yùn)的是，數(shù)字采樣技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步為我們提供了一種理想的解決方案——任意波形發(fā)生器。這種儀器能夠靈活地滿足各種信號(hào)發(fā)生需求，無(wú)論是任意波形/函數(shù)發(fā)生器（AFG）還是任意波形發(fā)生器（AWG）。

任意波形/函數(shù)發(fā)生器（AFG）以其出色的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)頻率變化的能力而聞名。它特別適合于產(chǎn)生典型的正弦波和方波，以及在兩個(gè)頻率之間進(jìn)行幾乎實(shí)時(shí)的切換。此外，AFG還具有成本優(yōu)勢(shì)，對(duì)于那些不要求AWG通用性的應(yīng)用來說非常具有吸引力。

盡管AFG的功能可能與AWG有所重疊，但它被設(shè)計(jì)成更加專用的儀器，專注于生成穩(wěn)定且精確的標(biāo)準(zhǔn)波形，如正弦波和方波。其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)包括穩(wěn)定的波形輸出、精確的捷變能力，以及提供多種用戶熟悉的標(biāo)準(zhǔn)波形選項(xiàng)，如正弦波、方波、三角波等。

值得一提的是，AFG的設(shè)計(jì)已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬振蕩器和信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)轉(zhuǎn)向了更先進(jìn)的直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)。這種技術(shù)使得AFG能夠更精確地控制輸出信號(hào)的相位、頻率和幅度，同時(shí)提供了從內(nèi)部或外部來源調(diào)制信號(hào)的功能，這對(duì)于某些類型的標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試至關(guān)重要。

DDS技術(shù)通過一個(gè)時(shí)鐘頻率來生成儀器范圍內(nèi)的任意頻率，進(jìn)而合成所需的波形。圖16以簡(jiǎn)潔的形式描繪了基于DDS的AFG基本結(jié)構(gòu)。

在相位累加器電路中，Delta（△）相位寄存器接收來自頻率控制器的指令，該指令表示輸出信號(hào)在每個(gè)連續(xù)周期中應(yīng)前進(jìn)的相位增量。現(xiàn)代高性能AFG的相位分辨率可低至1/230，即約1/1,000,000,000。

相位累加器的輸出被用作AFG波形存儲(chǔ)器部分的時(shí)鐘。盡管AFG的操作與AWG相似，但它們之間有一個(gè)顯著的區(qū)別：AFG的波形存儲(chǔ)器通常僅包含部分基礎(chǔ)信號(hào)，例如正弦波和方波。模擬輸出電路本質(zhì)上是一個(gè)固定頻率的低通濾波器，確保只有編程設(shè)定的感興趣頻率（無(wú)時(shí)鐘人工信號(hào)）能夠從AFG輸出。

為了理解相位累加器如何創(chuàng)建頻率，可以想象控制器向30位△相位寄存器發(fā)送一個(gè)值1。在每個(gè)周期中，相位累加器△輸出寄存器將前進(jìn)360÷230度，因?yàn)?60度代表儀器輸出波形的一個(gè)完整周期。因此，當(dāng)△相位寄存器的值為1時(shí)，AFG將生成頻率最低的波形，并要求整整2△增量來創(chuàng)建一個(gè)周期。電路將保持這一頻率，直到△相位寄存器加載新的值。

若△相位寄存器的值大于1，它將更快地通過360度，從而生成更高的輸出頻率（某些AFG采用不同的方法：它們通過跳過某些樣點(diǎn)來更快地讀取存儲(chǔ)器，從而提高輸出頻率）。唯一的變化在于，相位值由頻率控制器提供，無(wú)需改變主時(shí)鐘頻率。此外，這種技術(shù)還允許波形從波形周期內(nèi)的任意點(diǎn)開始。

假設(shè)我們需要生成一個(gè)正弦波，它從周期的正向部分峰值開始。根據(jù)基本數(shù)學(xué)，這個(gè)峰值恰好對(duì)應(yīng)于90度的相位。因此，我們可以利用相位累加器的輸出，精確地定位到這個(gè)起始點(diǎn)，并開始生成所需的波形。
230個(gè)增量對(duì)應(yīng)于360°，而90°恰好是360°的四分之一。因此，當(dāng)相位累加器的值達(dá)到(230÷4)時(shí)，它將會(huì)觸發(fā)波形存儲(chǔ)器從包含正弦波峰值的位置開始輸出。

大多數(shù)任意波形發(fā)生器（AFG）都預(yù)先在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了多種標(biāo)準(zhǔn)波形，其中正弦波和方波是最常用的兩種。用戶可以通過編程來定義和創(chuàng)建自己所需的波形，與傳統(tǒng)模擬波形發(fā)生器相比，具有更高的靈活性。然而，高性能的任意波形發(fā)生器才具備存儲(chǔ)器分段和波形排序等高級(jí)功能。

DDS結(jié)構(gòu)使得AFG能夠輕松地在空中編程改變頻率和相位，非常適合用于測(cè)試各種類型的FM設(shè)備，例如無(wú)線和衛(wèi)星系統(tǒng)器件。只要AFG的頻率范圍足夠?qū)挘湍艹蔀闇y(cè)試FSK和跳頻電話技術(shù)（如GSM）的理想信號(hào)源。

盡管AFG不能像AWG那樣生成任意復(fù)雜的波形，但它能產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室、維修設(shè)施和設(shè)計(jì)部門中最常用的測(cè)試信號(hào)，如正弦波、方波等。此外，AFG還提供了出色的頻率捷變性，且通常是最經(jīng)濟(jì)高效的選擇。

另一方面，任意波形發(fā)生器（AWG）則能生成幾乎任何您想要的波形。無(wú)論是精確的Lorentzian脈沖數(shù)據(jù)流，還是復(fù)調(diào)制RF信號(hào)測(cè)試，AWG都能輕松應(yīng)對(duì)。您可以使用各種方法創(chuàng)建所需的輸出，從數(shù)學(xué)公式到圖形繪制。

本質(zhì)上，AWG是一種播放系統(tǒng)，它根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供波形。這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)描述了AC信號(hào)的電壓電平變化。雖然AWG的方框圖看起來簡(jiǎn)單，但它卻是一種功能強(qiáng)大的工具。為了更好地理解AWG的概念，我們可以將其與唱片機(jī)進(jìn)行類比。在AWG中，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相當(dāng)于唱片上的紋理，而輸出的波形則類似于唱片機(jī)播放的模擬信號(hào)或波形。

圖18展示了任意波形發(fā)生器（AWG）的基本結(jié)構(gòu)。本質(zhì)上，AWG是一個(gè)精妙的播放系統(tǒng)，它依據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來生成波形，這些數(shù)據(jù)詳細(xì)描繪了交流信號(hào)電壓電平的動(dòng)態(tài)變化。盡管其方框圖設(shè)計(jì)得相當(dāng)簡(jiǎn)潔，但AWG卻是一種功能強(qiáng)大的工具。為了更好地理解AWG的概念，我們可以將其與熟悉的唱片機(jī)進(jìn)行類比。在AWG中，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類似于唱片上的紋理，而輸出的波形則類似于唱片機(jī)播放的模擬信號(hào)或波形。

要理解AWG的工作原理，首先需要掌握數(shù)字采樣的基本概念。數(shù)字采樣涉及使用一系列樣點(diǎn)或數(shù)據(jù)點(diǎn)來定義一個(gè)信號(hào)，這些樣點(diǎn)沿著波形的斜率分布，代表了電壓的測(cè)量值。通過實(shí)際測(cè)量波形或使用圖形和數(shù)學(xué)技術(shù)，我們可以確定這些樣點(diǎn)的位置。圖17（左）展示了一串有序的樣點(diǎn)，盡管它們?cè)谇€上的間隔看似不均，但實(shí)際上是以均勻的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣的。在AWG中，這些采樣的值以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）中。

通過讀取存儲(chǔ)器中的信息，AWG能夠重建任何時(shí)間的信號(hào)。這通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）將數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。圖17（右）展示了這一重建過程的結(jié)果。值得注意的是，AWG的輸出電路在樣點(diǎn)之間進(jìn)行濾波，以確保各點(diǎn)能夠順暢連接，從而生成連續(xù)且無(wú)間斷的波形。這樣一來，被測(cè)設(shè)備（DUT）將無(wú)法區(qū)分這些點(diǎn)為離散還是連續(xù)，而是將其視為一個(gè)無(wú)縫的模擬波形。

AWG的通用性使其在各種應(yīng)用中都表現(xiàn)出色，從汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的模擬到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)極限測(cè)試等。由于其能夠生成幾乎任何可以想象的波形，AWG成為了實(shí)驗(yàn)室、維修設(shè)施和設(shè)計(jì)部門中不可或缺的測(cè)試工具。

圖19展示了高性能混合信號(hào)發(fā)生器——泰克AWG7000系列任意波形發(fā)生器的系統(tǒng)與控制功能。這款發(fā)生器專為完整測(cè)量解決方案而設(shè)計(jì)，其控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)經(jīng)過精心打造，旨在加速各種波形類型的開發(fā)，并確保輸出波形的完整保真度。

該發(fā)生器提供了豐富的信號(hào)參數(shù)控制功能，其中最基本的和常用參數(shù)都配備了專門的前面板控件，而復(fù)雜或低頻操作則可通過儀器顯示屏上的菜單進(jìn)行。

LevelControl負(fù)責(zé)調(diào)整輸出信號(hào)的幅度和偏置電平，其前面板上的專用控件使得設(shè)置變得簡(jiǎn)單直觀，無(wú)需繁瑣的多級(jí)菜單操作。

Timing Control則通過控制采樣率來設(shè)定輸出信號(hào)的頻率。同樣，它也提供了基于硬件的專用控制功能，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)置過程。

值得注意的是，這些參數(shù)控制功能并不直接作用于實(shí)際生成的波形。波形的定義和控制位于編輯/控制屏幕上的菜單中。用戶可以通過觸摸面板或鼠標(biāo)選擇所需的視圖，并在圖形用戶界面中定義順序或數(shù)字輸出設(shè)置，如圖20所示。啟動(dòng)相關(guān)頁(yè)面后，只需使用數(shù)字鍵盤和通用滾動(dòng)旋鈕即可輕松完成設(shè)置。

圖20展示了AWG的用戶界面，其中特別突出了用于選擇菜單的設(shè)置欄。這一界面簡(jiǎn)潔直觀，讓用戶能夠輕松地定義和調(diào)整波形的各種參數(shù)。

接下來，我們將深入探討混合信號(hào)發(fā)生器的一些關(guān)鍵性能指標(biāo)和考慮因素。這些指標(biāo)不僅在信號(hào)發(fā)生器的手冊(cè)、參考書籍以及教程中頻繁出現(xiàn)，更是理解其性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)。

存儲(chǔ)深度，或稱記錄長(zhǎng)度，是與時(shí)鐘頻率緊密相關(guān)的參數(shù)。它決定了可存儲(chǔ)的最大樣點(diǎn)數(shù)量，從而影響著波形的定義和復(fù)現(xiàn)能力。在復(fù)雜波形中，存儲(chǔ)深度尤為重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到能夠捕獲和呈現(xiàn)的信號(hào)細(xì)節(jié)數(shù)量。

此外，高性能混合信號(hào)發(fā)生器的深存儲(chǔ)深度和高采樣率特性，使得它們能夠輕松地存儲(chǔ)和復(fù)現(xiàn)復(fù)雜的波形，如偽隨機(jī)碼流。同時(shí)，這些儀器也能生成簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖和瞬態(tài)信號(hào)，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。

圖 21展示了通過充足的存儲(chǔ)深度，任意信號(hào)發(fā)生器能夠復(fù)現(xiàn)異常復(fù)雜的波形。

接下來，我們將深入探討采樣率這一關(guān)鍵性能指標(biāo)。采樣率，通常以每秒兆樣點(diǎn)或千兆樣點(diǎn)來衡量，它代表了儀器能夠達(dá)到的最大時(shí)鐘或采樣速度。采樣率對(duì)輸出信號(hào)的頻率和保真度有著直接影響。根據(jù)內(nèi)奎斯特采樣定理，采樣頻率或時(shí)鐘速率必須至少是信號(hào)中最高頻譜成分的兩倍，這樣才能確保信號(hào)能夠被精確地復(fù)現(xiàn)。例如，若要生成1MHz的正弦波信號(hào)，則必須以2MS/s的頻率生成樣點(diǎn)。

信號(hào)發(fā)生器能夠獲取這些樣點(diǎn)，并在規(guī)定頻率范圍內(nèi)從存儲(chǔ)器中讀取。只要存儲(chǔ)的樣點(diǎn)集符合內(nèi)奎斯特定理，并準(zhǔn)確描述了一個(gè)正弦波，信號(hào)發(fā)生器便能相應(yīng)地濾波并輸出一個(gè)正弦波。

計(jì)算信號(hào)發(fā)生器可生成的波形頻率涉及一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。以一個(gè)波形周期存儲(chǔ)在儀器中的情況為例：假設(shè)時(shí)鐘頻率為100MS/s，存儲(chǔ)深度或記錄長(zhǎng)度為4000個(gè)樣點(diǎn)，那么輸出頻率F可通過以下公式計(jì)算：
F 輸出= 時(shí)鐘頻率 ÷ 存儲(chǔ)深度
F 輸出=100,000,000 ÷ 4000
F 輸出 = 25,000 Hz (或25 kHz)

此外，樣點(diǎn)距離（即波形的時(shí)間分辨率）約為10ns，這是水平方向上的關(guān)鍵概念。同時(shí)，也要注意避免與幅度分辨率（垂直方向）混淆。

若樣點(diǎn)RAM中存儲(chǔ)的不止一個(gè)波形周期，而是包含四個(gè)周期，那么輸出頻率將相應(yīng)增加。具體的計(jì)算公式為：
F 輸出= (時(shí)鐘頻率 ÷ 存儲(chǔ)深度) x (存儲(chǔ)器中的周期數(shù)量)
F 輸出 = (100,000,000 ÷ 4000) x 4
F 輸出=(25,000Hz) x 4
F 輸出=100,000 Hz
新的頻率達(dá)到了100kHz。這一概念在圖23中得到了直觀展示。盡管時(shí)間分辨率仍保持為10ns，但每個(gè)波形周期僅由1000個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行表示，從而降低了所產(chǎn)生的信號(hào)的保真度。

圖24展示了帶寬的重要性。帶寬，這一模擬術(shù)語(yǔ)，與采樣率無(wú)關(guān)，卻對(duì)信號(hào)發(fā)生器的性能至關(guān)重要。為了處理其采樣率所支持的最大頻率，信號(hào)發(fā)生器輸出電路的模擬帶寬必須足夠?qū)挕：?jiǎn)言之，充足的帶寬能夠確保時(shí)鐘最高頻率和轉(zhuǎn)換時(shí)間的順暢傳送，從而避免信號(hào)特點(diǎn)的劣化。圖24中的示波器顯示屏清晰地揭示了這一點(diǎn)。最上面的軌跡展示了一個(gè)高帶寬信號(hào)發(fā)生器出色的上升時(shí)間，而其他軌跡則揭示了輸出電路設(shè)計(jì)不佳所導(dǎo)致的信號(hào)劣化。

此外，垂直分辨率也是一個(gè)關(guān)鍵因素。在混合信號(hào)發(fā)生器中，垂直分辨率與儀器的DAC二進(jìn)制字長(zhǎng)度（以位為單位）緊密相關(guān)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，分辨率越高。DAC的垂直分辨率直接影響復(fù)現(xiàn)波形的幅度精度和失真度。分辨率不足的DAC可能導(dǎo)致量化誤差，進(jìn)而影響波形生成的理想性。

圖25展示了垂直分辨率對(duì)復(fù)現(xiàn)波形幅度精度的影響。垂直分辨率越高，波形的幅度精度越高。然而，在AWG中，頻率較高的儀器（如8位或10位分辨率）的垂直分辨率通常低于12位或14位的通用儀器。例如，一個(gè)10位分辨率的AWG能提供1024個(gè)樣點(diǎn)電平，這些電平均勻分布在儀器的整個(gè)電壓范圍內(nèi)。若該AWG的總電壓范圍為2Vp-p，則每個(gè)樣點(diǎn)表示約2mV的步進(jìn)，這是儀器在無(wú)額外衰減器的情況下所能提供的最小增量。

此外，水平分辨率也至關(guān)重要。它表示創(chuàng)建波形時(shí)可以使用的最小時(shí)間增量。水平分辨率的計(jì)算公式為T = 1/F，其中T是定時(shí)分辨率，單位為秒；F是采樣頻率。例如，一個(gè)最大時(shí)鐘速率為100MHz的信號(hào)發(fā)生器的定時(shí)分辨率為10ns，意味著其輸出波形的特征是由一系列相距10ns的步進(jìn)所確定的。雖然某些儀器通過提供擴(kuò)展有效定時(shí)分辨率的工具來改進(jìn)波形應(yīng)用，但這些工具并未提高儀器的基本分辨率。

圖26展示了水平分辨率對(duì)波形特征的影響。在水平分辨率較低的情況下，波形的邊沿、周期時(shí)間或脈寬的變化可能不夠精細(xì)；而當(dāng)水平分辨率提高時(shí)，這些變化則更加細(xì)微。水平或定時(shí)分辨率，即最小時(shí)間增量，對(duì)于創(chuàng)建精確的波形至關(guān)重要。

在信號(hào)發(fā)生器的配置中，輸出通道的數(shù)量是一個(gè)關(guān)鍵因素。許多應(yīng)用場(chǎng)景都要求信號(hào)發(fā)生器具備多條輸出通道，以滿足特定的測(cè)試需求。例如，汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試就需要四個(gè)激勵(lì)信號(hào)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，生物物理研究也需要模擬人體產(chǎn)生的各種電信號(hào)，這同樣需要多條輸出通道的支持。此外，復(fù)雜的IQ調(diào)制電信器件在兩個(gè)相位中每個(gè)相位都需要一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，這也是對(duì)輸出通道數(shù)量的一個(gè)挑戰(zhàn)。

為了滿足這些多樣化的需求，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種不同配置的AWG輸出通道。某些高端的AWG能夠提供最多四條獨(dú)立的全帶寬模擬激勵(lì)信號(hào)通道，以滿足高精度測(cè)試的需求。而其他一些AWG則提供最多兩個(gè)模擬輸出，并輔以最多16個(gè)高速數(shù)字輸出，以便進(jìn)行混合信號(hào)測(cè)試。這種靈活的配置使得用戶能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工具。

此外，某些AWG還配備了單獨(dú)的數(shù)字輸出功能，包括標(biāo)記輸出和并行數(shù)據(jù)輸出兩種類型。這些數(shù)字輸出功能可以進(jìn)一步增強(qiáng)AWG的測(cè)試能力，使其在模擬、數(shù)據(jù)和地址總線的同時(shí)測(cè)試中發(fā)揮更大的作用。

圖 29. 并行數(shù)字輸出。

標(biāo)記輸出功能為信號(hào)發(fā)生器提供了與主模擬輸出信號(hào)同步的二進(jìn)制信號(hào)。這種功能常用于在特定波形樣點(diǎn)位置（即樣點(diǎn)）輸出一個(gè)或多個(gè)脈沖，從而與接收模擬激勵(lì)信號(hào)的DUT（被測(cè)設(shè)備）的數(shù)字部分進(jìn)行同步。此外，標(biāo)記脈沖還能觸發(fā)采集儀器，在DUT的輸出一側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。值得注意的是，標(biāo)記輸出通常由獨(dú)立于主波形存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)，確保了其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

另一方面，并行數(shù)字輸出則從與信號(hào)發(fā)生器主模擬輸出相同的存儲(chǔ)器中獲取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)特定波形樣點(diǎn)值出現(xiàn)在模擬輸出上時(shí)，并行數(shù)字輸出會(huì)提供相應(yīng)的數(shù)字值，便于在測(cè)試數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)作為比較數(shù)據(jù)使用。此外，數(shù)字輸出還可以獨(dú)立于模擬輸出進(jìn)行編程，進(jìn)一步增強(qiáng)了其靈活性。

在確定了基本波形之后，還可以通過其他操作如濾波和排序來進(jìn)一步改變或擴(kuò)展波形。濾波技術(shù)可以從信號(hào)中去除選定頻段成分，這在測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）時(shí)尤為重要，因?yàn)楸仨毚_保模擬輸入信號(hào)的頻率不會(huì)超過轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘頻率的一半，以避免產(chǎn)生不想要的假信號(hào)失真。

消除這些頻率的一種有效方法是應(yīng)用陡峭的低通濾波器，它允許低于指定點(diǎn)的頻率通過，同時(shí)顯著衰減高于截止頻率的頻率。此外，濾波器還可以用于整形方波和三角波等波形。通過這種方式改變現(xiàn)有波形有時(shí)比創(chuàng)建新波形更為簡(jiǎn)便。過去，工程師需要使用信號(hào)發(fā)生器和外部濾波器來實(shí)現(xiàn)這些功能，但現(xiàn)在許多高性能信號(hào)發(fā)生器已內(nèi)置了可控制的濾波器，使得操作更為便捷高效。

圖 30. 濾波前與濾波后的波形對(duì)比。上方波形未經(jīng)濾波，呈現(xiàn)鋸齒狀，而下方波形則經(jīng)過濾波處理，形態(tài)更為平滑。

排序功能在波形測(cè)試中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了全面測(cè)試DUT，通常需要?jiǎng)?chuàng)建長(zhǎng)波形文件。在重復(fù)波形部分時(shí)，波形排序功能能顯著節(jié)省繁瑣的波形編程工作。它利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的命令，如循環(huán)、跳躍等，在儀器存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)大量“虛擬”波形周期。通過序列控制器，可以生成幾乎無(wú)限長(zhǎng)度的波形。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)有一個(gè)4000點(diǎn)存儲(chǔ)器，其中包含一個(gè)干凈的脈沖和另一個(gè)失真的脈沖，它們各自占據(jù)了一半的存儲(chǔ)空間。如果僅使用基本重復(fù)功能，信號(hào)發(fā)生器將不斷順序重復(fù)這兩個(gè)脈沖，直到被命令停止。然而，波形排序功能提供了更多的靈活性。例如，您可能希望失真的脈沖在每隔511個(gè)周期后連續(xù)出現(xiàn)兩次。通過編寫序列，您可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求：先重復(fù)干凈的脈沖511次，然后跳轉(zhuǎn)到失真的脈沖并重復(fù)兩次，再回到循環(huán)開始處重新執(zhí)行這個(gè)過程。

此外，循環(huán)重復(fù)可以設(shè)置為無(wú)窮大、指定值或通過事件輸入進(jìn)行控制。我們之前討論過，存儲(chǔ)的波形周期數(shù)與定時(shí)分辨率成反比。而排序功能在改善靈活性的同時(shí)，并不會(huì)損害各個(gè)波形的分辨率。

值得注意的是，被排序的任何波形段的相位和幅度都必須實(shí)現(xiàn)無(wú)縫跳變。如果在DAC試圖突然變成新值時(shí)出現(xiàn)任何問題，都可能導(dǎo)致不期望的毛刺產(chǎn)生。因此，在使用排序功能時(shí)，確保波形的跳變處理得當(dāng)至關(guān)重要。

圖 31. 通過循環(huán)和重復(fù)，可以有效地?cái)U(kuò)展AWG的波形存儲(chǔ)器容量。
這個(gè)基礎(chǔ)示例雖然簡(jiǎn)單，但它揭示了波形排序功能在檢測(cè)碼型相關(guān)誤差方面的實(shí)用性。例如，通信電路中的碼間干擾就是一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的狀態(tài)影響到后續(xù)周期，導(dǎo)致信號(hào)失真甚至改變其值時(shí)，就會(huì)發(fā)生碼間干擾。借助波形排序功能，信號(hào)發(fā)生器可被用作激勵(lì)裝置，進(jìn)行長(zhǎng)期極限測(cè)試，測(cè)試時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)天甚至數(shù)周。

集成編輯器

在創(chuàng)建具有相同形狀但不同幅度的波形段時(shí)，傳統(tǒng)的脫機(jī)波形編輯方法可能既耗時(shí)又繁瑣。然而，有了集成編輯工具，這個(gè)問題變得輕而易舉。這些工具允許用戶同時(shí)在時(shí)間和幅度上對(duì)波形進(jìn)行編輯，極大地簡(jiǎn)化了波形創(chuàng)建的過程。

當(dāng)前的混合信號(hào)發(fā)生器配備了多種實(shí)用的編輯工具，如圖形編輯器和序列編輯器。圖形編輯器可以直觀地構(gòu)建和查看波形，而序列編輯器則包含類似于計(jì)算機(jī)編程的指令（如跳躍和循環(huán)等），這些指令可以在指定的波形序列上進(jìn)行操作。通過這些工具，用戶可以輕松地創(chuàng)建和編輯復(fù)雜的波形，滿足各種測(cè)試需求。

圖 32. 結(jié)合圖形編輯器和序列編輯器的強(qiáng)大功能，用戶能靈活自如地創(chuàng)建所需波形。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能則進(jìn)一步拓展了信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用范圍。這一功能允許用戶導(dǎo)入在外部創(chuàng)建的波形文件，例如，通過GPIB或以太網(wǎng)將現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲的波形輕松傳輸至混合信號(hào)發(fā)生器中。這一特性在利用“黃金標(biāo)準(zhǔn)器件”進(jìn)行參考信號(hào)測(cè)試時(shí)顯得尤為重要，因?yàn)樗軌虼_保所有后續(xù)生成的測(cè)試副本都與原始波形保持一致。此外，信號(hào)發(fā)生器還支持對(duì)導(dǎo)入信號(hào)的編輯處理，如同對(duì)待其他任何波形一樣。

模擬器和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具也是重要的波形來源。信號(hào)發(fā)生器能夠引入、存儲(chǔ)并重建EDA數(shù)據(jù)，從而加速早期設(shè)計(jì)原型的開發(fā)進(jìn)程。

圖 34. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能。
在完成AWG的設(shè)置后，用戶需要將匯編后的文件存儲(chǔ)至硬盤。通過“Load”（加載）操作，這些波形被導(dǎo)入至AWG的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中，隨后被復(fù)用并發(fā)送至DAC，最終以模擬形式呈現(xiàn)輸出。這些步驟構(gòu)成了在AWG上生成波形的基礎(chǔ)流程。值得一提的是，波形文件可以與序列編輯器相結(jié)合，生成長(zhǎng)度不受限制且復(fù)雜度任意的信號(hào)流。

▼創(chuàng)建復(fù)雜波形的重要性

在當(dāng)今工程設(shè)計(jì)周期不斷縮短的背景下，高效測(cè)試設(shè)計(jì)顯得愈發(fā)重要。實(shí)際環(huán)境信號(hào)的獲取與特點(diǎn)分析是測(cè)試設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，創(chuàng)建這些實(shí)際環(huán)境信號(hào)一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，往往延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開發(fā)周期。為了更簡(jiǎn)便地應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，通用軟件工具如ArbExpress，以及特定應(yīng)用工具如SerialExpress?和RFXpressTM等被廣泛應(yīng)用于波形的創(chuàng)建與編輯。這些工具使得用戶能夠輕松地從泰克示波器中捕獲波形，或從標(biāo)準(zhǔn)波形庫(kù)中構(gòu)建所需的復(fù)雜波形。

借助示波器采集向?qū)В梢暂p松地與選定示波器建立連接，并從預(yù)置的通道和存儲(chǔ)位置中選擇數(shù)據(jù)源。利用光標(biāo)功能，您可以輕松導(dǎo)入或提取波形段。此外，還支持對(duì)波形進(jìn)行二次采樣，以匹配預(yù)期信號(hào)發(fā)生器的定時(shí)分辨率。

在ArbExpress中，您可以利用單點(diǎn)繪圖工具或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表輸入來在標(biāo)準(zhǔn)波形基礎(chǔ)上自由定義波形。一旦波形創(chuàng)建完成，便可以利用數(shù)學(xué)運(yùn)算功能或編輯工具輕松添加異常事件。同時(shí)，您還可以在時(shí)間或幅度軸上方便地移動(dòng)波形段或整個(gè)波形，從而輕松生成符合實(shí)際環(huán)境信號(hào)的波形。 

總結(jié)

許多工程師在面對(duì)調(diào)試和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等任務(wù)時(shí)，往往僅將目光聚焦于“測(cè)量”層面，將示波器或邏輯分析儀視作解決問題的全部。然而，這些采集儀器在實(shí)際工作中需要與激勵(lì)儀器——信號(hào)發(fā)生器協(xié)同作用，才能構(gòu)成完整的解決方案。信號(hào)發(fā)生器能夠生成復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被測(cè)器件，并配合示波器等采集儀器獲取輸出結(jié)果。盡管示波器是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采集工具，但只有信號(hào)發(fā)生器才能讓工程師實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，有效控制器件輸出也至關(guān)重要。

此外，信號(hào)發(fā)生器還使得余量測(cè)試和檢定成為可能。在處理信號(hào)發(fā)生器與示波器或邏輯分析儀時(shí)，工程師可以深入探索設(shè)計(jì)的性能極限，通過引入故意的極限條件、測(cè)量結(jié)果或捕獲數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)潛在問題。信號(hào)發(fā)生器和采集儀器相結(jié)合，為從磁盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)到電信一致性測(cè)試的各類應(yīng)用提供了全面的測(cè)量解決方案。