信号源的类型

  Alu ·  2009-11-08 11:06  ·  53041 次点击
信号源在广义上划分为混合信号源(任意波形发生器和任意函数发生器)和逻辑信号源(脉冲或码型发生器),它涵盖了所有信号输出需求。每种信号源类型都有独特的优势,使其或多或少地适用于特定的应用。混合信号源是为输出具有模拟特点的波形而设计的,包括模拟波(如正弦波和三角形波)到“方形”波。这些波形因其合成原理而具有量化误差,但同时,它也因此而能够模拟“实际环境”信号所具有的不完美性。在通用混合信号源中,可以控制幅度、频率、相位及DC偏移和上升时间与下降时间;可以生成过冲等畸变;可以增加边沿抖动、调制等等。[attach]38420[/attach]
真正的数字信号源主要用来驱动数字系统,其输出是二进制脉冲流,专用的数字信号源不能产生正弦波或三角形波。数字信号源的特性是为计算机总线需求和类似应用而优化的。这些特性包括了为加速码型开发的软件工具,以及为适应各种逻辑系列设计的探头等硬件工具。如前所述,从函数发生器到任意信号源到码型发生器,当前几乎所有高性能信号源都基于数字结构,可以进行灵活编程及提供杰出的精度。
**模拟信号发生器和混合信号发生器的类型**
任意波形发生器(AWG)[attach]38421[/attach]
在历史上,生成不同波形的任务一直通过不同的专用信号源完成,包括超纯音频正弦波发生器直到频率上GHz的RF信号发生器。尽管有许多商用解决方案,但用户通常必须针对手边的项目定制设计或修改信号源。这样设计的信号源很难保证质量。而且,设计辅助测试设备需要时间,这将影响项目的进度。幸运的是,数字取样技术和信号处理技术为我们提供了一个解决方案,仅通过一种仪器--任意发生器,几乎满足了任何类型的信号发生需求。任意发生器可以分成任意函数发生器(AFG)和任意波形发生器(AWG)。
任意函数发生器(AFG)[attach]38422[/attach]
任意函数发生器(AFG)满足了广泛的激励需求;事实上,它是当前业内流行的信号源结构。一般来说,这种仪器提供的波形变化要低于同等的AWG,但它具有杰出的稳定性及对频率变化有快速响应能力。如果DUT要求典型的正弦波和方形波(等等)及要求能够在两个频率之间几乎瞬时切换,那么任意函数发生器(AFG)就提供了这种能力。另一个特点是任意函数发生器的成本很低,因此对不要求AWG通用性的应用极具吸引力。[attach]38423[/attach]
AFG的许多功能与AWG相同,但AFG在设计上是一种专用性更强的仪器。AFG提供了独特的优势:它以标准形状精确、捷变地生成稳定的波形,特别是最重要的正弦波和方形波。捷变是指迅速干净地从一个频率变为另一个频率的能力。
大多数AFG提供了下列常用波形中的部分或全部:正弦方形三角形扫频脉冲倾斜调制半正矢
尽管AWG也可以提供这些波形,但当前的AFG是为了改进对输出信号的相位、频率和幅度控制而设计的。此外,许多AFG为调制来自内部来源或外部来源的信号提供了一种方式,这对某些类型的标准一致性测试至关重要。
在过去,AFG使用模拟振荡器和信号调节技术生成输出信号。最新的AFG依赖直接数字合成(DDS)技术,确定将样点读出内存的时钟速率。
DDS技术使用一个时钟频率,在仪器范围内生成任何频率,来合成波形。图15概括了基于DDS的简化AFG结构。在相位累加器电路中,Delta(△)相位寄存器从频率控制器中接收指令,表示输出信号在每个后续周期中将增加的相位量。在现代高性能AFG中,相位分辨率可以低达230,约等于1/1,000,000,000。
相位累加器的输出作为AFG波形内存部分的时钟。该仪器的操作方式几乎与AWG完全相同,但有一点明显的差异是,波形内存一般只包含少数基本信号,如正弦波和方形波。模拟输出电路基本上是一种固定频率的低通滤波器,保证了只有感兴趣的编程频率(没有时钟残留分量)从AFG输出端送出。
为理解相位累加器怎样生成频率,想象一下控制器向30位△相位寄存器发送一个值1。相位累加器的△输出寄存器将在每个周期中提升360÷230,因为360度代表着仪器输出波形的一个完整周期。因此,△相位寄存器的值1在AFG范围内产生了最低的频率波形,至少要求2△增量才能产生一个周期。电路将保持在这一频率,直到△相位寄存器中加载一个新值。
大于1的值将更迅速地通过360度,产生更高的输出频率(某些AFG采用不同的方法:它们通过跳过某些样点,从而更快地读取内存内容,来提高输出频率)。唯一变化的是频率控制器提供的相位值,而根本不需要改变主时钟频率。此外,它允许从波形周期中的任何点上开始构建波形。
例如,假设必需生成一个从周期正向部分峰值开始的正弦波。基本数学运算告诉我们,这个峰值发生在90度。因此:
230增量=360°;且90°=360°÷4;则90°=230÷4
在相位累加器得到相当于(230÷4)的值时,它将提示波形内存从包含正弦波正峰值电压的位置开始构建波形。典型的AFG仅在内存中存储少量的波形类型。一般来说,正弦波和方形波是许多测试应用使用最广泛的波形。某些AFGs则是混合设备,其提供了精确、捷变的基于DDS的正弦波和方形波;而其它波形则使用比较传统的AWG技术生成。这是一种经济的解决方案,它通过最关键的功能实现了最高的性能。
DDS结构提供了杰出的频率捷变性,可以简便地对频率和相位变化进行在线编程,可以测试任何类型的FMDUT,如无线电和卫星系统元器件。如果具体的AFG的频率范围足够大,它可以作为理想的信号源,测试FSK和跳频电话技术(如GSM)。
尽管AFG不能和AWG一样生成几乎任何可以想象的波形,但AFG可以生成世界各地的实验室、修理厂和设计部门中最常用的测试信号。此外,它提供了杰出的频率捷变性。更重要的是,AFG通常是一种非常经济的测试方式。任意波形发生器(AWG)不管您希望获得精确的Lorentzian脉冲形状的数据流来检定磁盘驱动器,还是希望获得复杂的RF调制信号来测试基于GSM或基于CDMA的电话手机,任意波形发生器(AWG)都可以生成您能够想象的任何波形。您可以使用各种方法,从数学公式到“画出”波形,生成所需的输出。
从根本上看,任意波形发生器(AWG)是一种完整的回放系统,它根据存储的数字数据提供波形,这些数据描述了AC信号不断变化的电压电平。它是一种方块图看上去比较简单的工具。我们可以用人们熟悉的指标描述AWG概念,它很象一台唱片机,实时读出存储的数据(在AWG中读的是自己的波形内存;在唱片机中读的是唱片本身)。AWG和唱片机都输出模拟信号或波形。
为理解AWG,首先必需掌握数字取样的广义概念。顾名思义,数字取样使用样点或数据点定义一个信号,这些样点或数据点代表测量波形斜率的一串电压测量值。通过使用示波器等仪器实际测量波形,或通过使用图形或数学技术,可以确定这些样点。图16(上图)描述了一串样点。尽管曲线使其间隔似乎不同,但所有这些样点都是以统一时间间隔采集的。在AWG中,取样的值以二进制形式存储在快速随机访问存储器(RAM)中。利用存储的信息,可在任何时间重建信号:将数据点读出,经DA变换得到模拟阶梯波形。图16(下图)描述了结果。注意,AWG的输出电路将对DA变换后的波形进行滤波,使它变得平滑。这样,DUT不会把这些点“看作”离散的点,而是一条连续的模拟波形。
图17是实现这些操作的AWG的简化方块图。AWG提供了其它仪器几乎不能匹配的通用性。由于能够生成任何可以想象的波形,AWG支持从汽车防抱死制动系统模拟直到无线网络压力测试等各种应用。

1 条回复

redplum  2013-02-15 09:13
很好的自来哦

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