在日常生活中，電子信號圍繞著我們，從我們的手機，汽車和電腦，到我們自己的身體。我們使用的大多數產品都需要某種電輸入信號才能正常工作。隨著技術的進步，這些所需的信號也變得更加復雜和多樣。例如，可穿戴健康設備 (如心率監測器) 必須能夠準確地測量生物信號并使用該信號為用戶提取信息。所有這些設備的一個共同點是期望在各種情況和條件下正確運行。這是通過測試具有寬范圍的可能輸入信號的設備來實現的。

當我們努力將更多的技術融入我們的身體和生活時，我們意識到驅動我們生物功能的信號是獨特而復雜的。在產品測試期間模仿所述信號可能是困難的或昂貴的，因為我們的測試設備現在需要復制原始來源 (例如人的心臟)。常見的測試設備 (例如電源) 可能無法提供全面測試所需的多功能性。此外，在許多情況下，將噪聲或其他異常添加到信號以在真實世界和壓力條件下測試設備可能是有用的。

任意函數發生器 (afg)是解決這個問題的經濟有效的方法。Afg具有重新創建復雜波形的能力，并且可以使用編輯工具來更改現有波形，從而無需為每種情況查找源。Afg也很緊湊，節省了實驗室的空間，并且它們可以具有多通道功能，允許用戶為設備同步多個波形。

可以通過各種不同的方式來重新創建此測試所需的真實信號。這個應用程序說明將審查一些不需要學習特殊軟件或編寫代碼的方法。我們還將研究泰克AFG31000任意函數發生器，它提供了創建信號的獨特功能。我們將研究的創建現實世界信號的4種方法是:

在Excel中使用數據或方程式

在PC上使用ArbExpress軟件

在AFG31000上使用ArbBuilder軟件

使用從示波器捕獲的信號

以下各節將通過遍歷每個波形的真實用例來探索創建波形的這些不同方法。

在Excel中使用數據或方程式:

Excel是從另一臺儀器收集的數值數據構建自定義任意波形的絕佳工具，或從方程，因為它提供了先進的內置數學函數，可以處理大量的波形點。Excel電子表格可以保存為CSV文件，某些afg可以讀取該文件。例如，可以使用Excel中的數據創建動作電位波形。

動作電位是由神經元細胞產生的用于傳達信息的電壓差。可以使用膜片鉗和放大器測量動作電位。收集的數據可以保存為CSV格式，并在Excel中打開。在圖1中，我們繪制了來自模擬數據的動作電位波形。

圖1: Excel中的神經元動作電位

Excel還具有使用數學公式來操作數據的能力。例如，神經元動作電位脈沖可以減少20%，以產生圖2所示的失敗的動作電位。

圖2: Excel中失敗的神經元動作電位

此時，您可以將Excel電子表格作為CSV文件保存到USB驅動器，并將文件傳輸到您的AFG。在AFG3100上，CSV文件在名為ArbBuilder的軟件中打開，如圖3所示，并在其自己的部分中討論。 

圖3: ArbBuilder中的神經元動作電位

在PC上使用ArbExpress軟件:

ArbExpress是基于PC的軟件，為泰克信號源儀器生成波形。此工具對于將波形遠程發送到AFG和大型波形 (> 100萬點) 特別有用。用戶可以創建新的波形，編輯現有的波形和從泰克示波器加載波形。可以同時打開多個文件，從而簡化了為雙通道應用創建波形的過程，例如測試I2C LED驅動器或CAN總線。信號可以直接傳輸到任意波形發生器 (AWG) 或連接到PC的AFG。

ArbExpress可以打開現有的波形文件 (.wfm，.tfwx等) 以及CSV文件。要打開現有文件，請單擊文件然后打開。選擇要打開的文件格式，然后選擇所需的文件。要從Tektronix示波器加載波形，請轉到通信菜單。然后，用戶可以直接從scope導入或使用scope采集向導來遍歷連接和采集信號。

可以通過使用等式或使用標準波形來生成新的波形。ArbExpress可以生成以下標準波形: 正弦，正方形，三角形，脈沖，DC，指數上升，指數衰減，噪聲，Sinc，掃描，多音調和洛倫茲。

在ArbExpress中打開波形時，編輯工具變為可用。這些工具在圖4中以紅色框顯示，其中顯示了一個I2C在示波器上捕獲的時鐘波形。

圖4: 使用ArbExpress工具編輯I2C時鐘波形

該工具允許用戶繪制徒手或水平/垂直，放置單點，編輯點表或剪切，復制和粘貼波形的部分。的數學菜單允許用戶組合不同的功能，例如將噪音添加到I2C數據波形如圖5所示。ArbExpress顯示結果波形的預覽，無需打開和關閉窗口。

圖5: 向I添加噪聲2C數據波形

波形完成后，用戶可以通過USB電纜將AFG連接到其PC，并通過單擊文件傳輸和控制按鈕。波形文件可以直接發送到AFG通過點擊發送到Arb按鈕。ArbExpress能夠使用多達128百萬個點創建波形。這些波形用于afg31000上的序列模式。

在AFG31000上使用ArbBuilder軟件:

ArbBuilder是AFG31000上的內置軟件，允許用戶使用前面板觸摸屏輕松創建多達一百萬個點的自定義任意波形。它還允許導入。csv文件直接到AFG，而不需要先通過PC。

可以在主屏幕上找到ArbBuilder，其中列出了應用程序，如圖6所示。

圖6: AFG31000主屏幕

當用戶啟動ArbBuilder時，他們可以選擇打開按鈕從USB閃存驅動器或AFG的內部存儲器加載現有的任意波形。或者，用戶也可以選擇新波形或新方程創建一個全新的波形。新波形允許用戶從一個空白波開始或從一組標準波中選擇一個基礎。標準波形包括正弦，方形，三角形，脈沖，噪聲，Sin(x)/x，DC，掃描，洛倫茲，指數上升 (Exp。上升) 和指數衰減 (Exp。衰減) 波形如圖7所示。點擊前可以編輯每種類型波的參數OK轉到完整編輯器。

圖7: ArbBuilder中的新標準波形

的新方程按鈕使用戶能夠使用公式編輯器創建波形。用戶可以通過使用具有預定義數學函數的觸摸屏鍵盤或通過加載現有方程來構建數學方程。一旦輸入，必須編譯方程以從連續方程創建離散的點集。編譯后，可以在將方程式加載到ArbBuilder編輯器之前以圖形方式預覽方程式。圖8顯示了使用公式編輯器創建的阻尼正弦波形。

圖8: 在ArbBuilder公式編輯器中創建阻尼正弦波

一旦用戶根據需要配置了波形基礎，按OK將創建波形文件并在ArbBuilder編輯器中打開它，如圖9所示。波形文件作為一個選項卡填充，因此可以同時打開多個波形進行編輯。

圖9: ArbBuilder編輯器中的阻尼正弦波

在編輯器的底部，用戶可以訪問編輯顯示波形的功能。的繪制按鈕打開繪圖工具的菜單，使用戶可以選擇僅使用手指和觸摸屏來更改波形。可以完全徒手繪制或僅使用垂直或水平編輯。可以使用編輯或添加單個點點功能。這將打開點繪制表，用戶可以選擇用于連接點的插值方法。在我們的示例中，可以使用Freehand繪圖工具將阻尼正弦波的起點擴展到0V，從而復制欠阻尼RLC電路的瞬態響應，如圖10所示。

圖10: 在ArbBuilder中創建RLC電路瞬態響應的手繪圖

的編輯按鈕允許用戶剪切，復制，粘貼，反轉，鏡像或移動已編輯波形的部分。拖動紅色和綠色光標允許用戶選擇將受動作影響的波形部分。

當波形完成時，有兩種方式輸出它。小于131，072點的波形可以通過按發送按鈕，選擇目標通道，如圖11所示。任意波形將被設置為在下次打開基本模式時運行。對于大于131，072點的波形，將波形保存為波形文件 (使用擴展名，*.tfwx)，并在高級模式下在其中打開。高級模式可以輸出高達16Mpts或128Mpts的波形，并具有可選的內存擴展。

圖11: 將波形從ArbBuilder發送到輸出通道

使用從示波器捕獲的信號:

通常，用戶希望使用AFG來精確地復制通常由外部源產生的信號。信號可能來自難以操作或訪問或用于測試的昂貴的源。信號還可以表示非常特定的情況，諸如必須被準確地復制以用于測試的罕見心臟狀況。隨著醫療技術和可穿戴醫療設備的擴展，再現生物信號對于功能的準確驗證是必要的。解決方案是使用示波器捕獲所需的波形，然后將其傳輸到afg31000。

例如，可以使用光電探測器 (光電體積描記法) 或通過連接到放大器的電極來捕獲心跳波形。在示波器上捕獲所需信號后，如圖12所示，可以將波形作為 *.csv或 *.wfm文件保存到USB閃存驅動器。

圖12: 在Tektronix MSO5示波器上捕獲的模擬心跳波形

對于少于一百萬個點的波形，可以使用USB閃存驅動器將波形文件直接傳輸到AFG。圖13顯示了從ArbBuilder中顯示的示波器捕獲的單個心跳波形。對于大于一百萬個點的波形，請參見關于ArbExpress的部分。

圖13: ArbBuilder中模擬的心跳波形

用戶現在可以在ArbBuilder中編輯導入的波形以對其進行自定義。例如，要創建不規則的心跳或心律失常 (如心跳中的心室過早收縮)，請使用光標選擇心跳中的主尖峰。這是QRS波群，其中心臟去極化和收縮。按編輯然后復制復制光標之間的波形部分。將光標直接移動到完整心跳之后，并粘貼復制的波形。選擇新復制的波形部分，然后按倒置翻轉截面。現在按繪制擴展復制的波形以創建室性早搏波形。

圖14: ArbBuilder中模擬的室性早搏

波形完成后，如圖14所示，以基本模式將其發送到所需通道，或以高級模式保存并打開以將其輸出到醫療設備，例如圖15所示的起搏器或心臟除顫器。電路被隔離以保護被測器件。AFG31000有2個同步通道，用于需要多個輸入的測試設備。

圖15: 將波形發送到起搏器等醫療設備的電路

結論

如今，幾乎所有消費產品都具有需要輸入特定電子信號以使產品正確運行的電路或設備。在測試對某些人的生命至關重要的傳感器、微控制器和心臟起搏器等醫療設備時，擁有能夠準確復制這些信號的測試設備非常重要。

泰克AFG31000系列任意函數發生器是滿足這些需求的緊湊且經濟高效的解決方案。內置的ArbBuilder軟件可以在用戶的指尖生成自定義波形。ArbExpress軟件提供了處理復雜和大波形的功能，并將其從PC直接傳輸到AFG。波形創建工具補充了從示波器或Excel CSV文件導入波形的功能，允許用戶選擇最適合他們的方法，從而減少設置時間和測試錯誤。