函數信號發生器用于各種各樣的工程測試
信號源包括函數信號發生器、脈沖信號發生器、音頻信號發生器、任意波形信號發生器以及掃描頻率發生器等多種設備,用于各種各樣的工程測試。所示的產品系列樹反映出信號源之間的關系,其中直接數字器件合成(DDS)是一種較新的技術,它利用了現代化的數字器件的能力,成為系列產品的主干,發展出函數發生器相任意波形發生器這樣高水平的產品。
1、函數信號發生器函數發生器是使用廣的通用信號源,提供正弦波、鋸齒波、方波、脈沖波等波形,有的還同時具有調制和掃描功能。函數波形發生器在設計上分為模擬式和數字合成式。眾所周知,數字合成式函數信號源(DDS)無論就頻率、幅度乃至信號的信噪比(S/N)均優于模擬式,其鎖相環(PLL)的設計讓輸出信號不僅是頻率精準,而且相位抖動(phaseJitter)及頻率漂移均能達到相當穩定的狀態,但數字式信號源中,數字電路與模擬電路之間的干擾始終難以有效克服,也造成在小信號的輸出上不如模擬式的函數信號發生器,如今市場上的大部分函數信號發生器均為DDS信號源。
2、任意波形發生器任意波形發生器,是一種特殊的信號源,不僅具有一般信號源波形生成能力,而且可以仿真實際電路測試中需要的任意波形。在我們實際的電路的運行中,由于各種干擾和響應的存在,實際電路往往存在各種缺陷信號和瞬變信號,如果在設計之初沒有考慮這些情況,有的將會產生災難性后果。任意波發生器可以幫您完成實驗,仿真實際電路,對您的設計進行全面的測試。由于任意波形發生往往依賴計算機通訊輸出波形數據。在計算機傳輸中,通過專用的波形編輯軟件生成波形,有利于擴充儀器的能力,更進一步仿真實驗。另外,內置一定數量的非易失性存儲器,隨機存取編輯波形,有利于參考對比,或通過隨機接口通訊傳輸到計算機作更進一步分析與處理。有些任意波形發生器有波形下載功能,在作一些麻煩費用高或風險性大的實驗時,通過數字示波器等儀器把波形實時記錄下來,然后通過計算機接口傳輸到信號源,直接下載到設計電路,更進一步實驗驗證。以完成以上提到的功能,并且在波形輸出的精度、穩定性等方面都有較大提高,是走在行業前列的新一代任意波發生器。
(一)普通函數發生器的主要指標:帶寬(輸出頻率范圍)儀器的帶寬是指模擬帶寬,與采樣速率等無關,信號源的帶寬是指信號的輸出頻率的范圍,并且一般來講信號源輸出的正弦波和方波的頻率范圍不一致,例如,某函數發生器產生正弦波的頻率范圍是1mHz~240MHz,而輸出方波的頻率范圍是1mHz~120MHz。頻率(定時)分辨率頻率分辨率,即小可調頻率分辨率,也就是創建波形時可以使用的小時間增量。頻率準確度信號源顯示的頻率值與真值之間的偏差,通常用相對誤差表示,低檔信號源的頻率準確度只有1%,而采用內部高穩定晶體振蕩器的頻率準確度可以達到108~1010。例如,某信號源的頻率準確度為1ppm。頻率穩定度頻率穩定度是指外界環境不變的情況下,在規定時間內,信號發生器輸出頻率相對于設置讀數的偏差值的大小。頻率穩定度一般分為長期頻率穩定度(長穩)和短期頻率穩定度(短穩)。其中,短期頻率穩定度是指經過預熱后,15分鐘內,信號頻率所發生的變化;長期頻率穩定度是指信號源經過預熱時間后,信號頻率在任意三小時內所發生的變化。輸出阻抗信號源的輸出阻抗是指從輸出端看去,信號源的等效阻抗。例如,低頻信號發生器的輸出阻抗通常為600Ω,高頻信號發生器通常只有50Ω,電視信號發生器通常為75Ω。輸出電平范圍輸出幅度一般由電壓或者分貝表示,指輸出信號幅度的有效范圍。另外,信號發生器的輸出幅度讀數定義為輸出阻抗匹配的條件下,所以必須注意輸出阻抗匹配的問題。
(二)任意波發生器的主要指標:取樣(或采樣)速率取樣速率通常用每秒兆樣點或者千兆樣點表示,表明了儀器可以運行的時鐘或取樣速率。取樣速率影響著主要輸出信號的頻率和保真度。奈奎斯特取樣定理規定,取樣頻率或時鐘速率必須至少是生成的信號中高頻譜成分的兩倍,以保證精確的復現。存儲深度(記錄長度)存儲深度是指用來記錄波形的數據點數,它決定著波形數據的樣點數量(相當于時間)。每個波形樣點占用一個存儲器位置,每個位置等于當前時鐘頻率下取樣間隔時間。任意波形發生器的帶寬是由任意波發生器的取樣速率和存儲深度決定的。垂直(幅度)分辨率信號源的垂直分辨率是指信號源中可以編程的小電壓增量,也就是儀器數模轉換器的二進制字寬度,單位為位,它規定了波形的幅度精度。在混和信號源中,垂直分辨率與儀器DAC的二進制字長度有關,位越多,分辨率就越高。信號源的主要功能一臺功能較強的信號源,還有信號調制、頻率掃描、TTL同步輸出、參考時鐘輸出、Burst及頻率計信號調制功能:信號調制是指被調制信號中,幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信號中,得到的信號可以傳送從語音、到數據、到視頻的任何信號。信號調制可分為模擬調制和數字調制兩種,其中模擬調制,如幅度調制(AM)和頻率調制(FM)常用于廣播通信中,而數字調制基于兩種狀態,允許信號表示二進制數據。頻率掃描功能:測量電子設備的頻率特點要求“掃描”正弦波,其會在一段時間內改變頻率。一般分成線性(Lin)掃頻及對數(Log)掃頻;高級信號發生器支持掃頻功能,而且可以選擇開始頻率、保持頻率、停止頻率和相關時間,有些信號發生器還提供與掃頻同步的觸發信號。TTL同步輸出功能:一般信號源輸出的TTL同步信號是方波經三極管電路轉成的,電平為0(Low)、3.6~5V(High)。主要用來同步其他信號源,或其他類型的儀器,以保證觸發同步。參考時鐘輸出功能:TTL同步輸出只能保證觸發同步,要想使信號源完全同步就要讓時鐘同步,參考時鐘輸出就是為了讓兩臺信號源的時鐘同步而設計的,一般參考時鐘輸出頻率較穩定的方波信號。
功能:類似OneShot功能,輸入一個TTL信號,則可讓信號源產生一個周期的信號輸出,設計方式是在沒有信號輸入時,輸出接地即可。頻率計:除市場上簡易的刻度盤顯示之外,無論是LED數碼管或LCD液晶顯示頻率,其與頻率計電路是重疊的。小結信號發生器是基礎的通用儀器之一,是電子工程師信號仿真實驗的工具,在許多領域都有廣泛的應用。
基本的函數發生器提供正弦波、方波和三角波,頻率范圍在1MHz到約50MHz之間。器件A1是一個積分器,它提供一個三角波輸出信號,它所產生的三角波信號通過正弦波形成電路而產生正弦波信號輸出。器件A2是一個電壓比較器,它產生一個方波信號。大多數普通價格的函數發生器都以一些單片式集成電路(IC)為基礎,并能提供正弦波、方波和三角波。價格較高者則能提供觸發信號*只有較寬的頻率范圍祁較穩定的頻率.具有可變的上升時間(對方波而言)和可變的直流補償.具有較高的頻率準確度和較強的輸出驅動能力,旦波形失真度小。
函數發生器在輸出保真和方波上升沿方面性能的提高,依賴于兩類相關的信號發生器的支持:低失真、低頻率函數發生器和脈沖發生器。經優化的低失真信號源常用于信號保真要求很高的地方,高性能音頻系統就是明顯的例子。用阻容積分器獲得不同波形的基本原理是:先以一個恒定的電流源向電容充電,然后用另一個恒定的電流源使它放電。這一技術實現了三角波發生器的輸出信號斜率的線性。輸出信號的頻率是通過選擇電容的范圍和充電電流來確定的,這一電流又取決子對輸入電壓的控制,而輸入電壓則通過頻率調諧設置和掃描電路輸入來控制。
有一類函數發生器具有對頻率信號進行掃描的能力,叫做掃描震蕩發生器。他們能產生一個緩慢變化的斜坡,這一斜坡反過來作用于包括被控制的電流源的元件上,使得被控制的電流源的主振頻在掃描模塊所給定的始末時刻之間變化。
這種在函數發生器中具有積分電容器且由開關控制電源的方法可進一步發展為使月獨市的可調頻率發生器,它可以方便地調制輸出AM/FM/Ext則頻率范圍。更進一步地,采用一個A/D轉換器和存儲器來配合實現輸出函數的幅度和頻率顯示。在使用開關積分器的條件下,頻率穩定性可達到±2%。若需更進一步提高穩定性,則可使用品體(振蕩)控制器和PLL(鎖相環路)模塊。
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