層出不窮的信號(hào)發(fā)生器可有效節(jié)省測(cè)試時(shí)間

1、層出不窮的信號(hào)發(fā)生器可有效節(jié)省測(cè)試時(shí)間全部和電子設(shè)備都接收輸入信號(hào)，然后將其處理成新的不同的輸出信號(hào)。工程師在設(shè)計(jì)和測(cè)試電路及設(shè)備時(shí)會(huì)從哪里獲得這些輸入信號(hào)呢？一種可能是為某種特別應(yīng)用建立自己的信號(hào)源，但這并非必須。這是由于不管正在設(shè)計(jì)或等待測(cè)試的設(shè)備是何種類型，都可以用現(xiàn)成的產(chǎn)生合適的輸入信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器就象是工作臺(tái)上的、和電源一樣普遍。不管是模擬還是數(shù)字類型的信號(hào)發(fā)生器，它們都能用來(lái)節(jié)約設(shè)計(jì)與測(cè)試時(shí)光，確保產(chǎn)品正常工作(圖1)。圖1：基于昂貴多管腳的多功能卡讀卡器接口設(shè)計(jì)。1 函數(shù)發(fā)生器基本的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生頻率從約0。2hz到20mhz左右的正弦波、方波和三角波信號(hào)。一些發(fā)生器還能提供

2、線性斜坡、正極性或負(fù)極性脈沖信號(hào)。這些發(fā)生器主要用于基本的音頻、超聲波頻率和低頻測(cè)試。脈沖輸出是ttl/電平，而線性輸出可達(dá)±20vp-p左右。低成本發(fā)生器普通是用實(shí)現(xiàn)的，可以產(chǎn)生延續(xù)的可變頻率和輸出電壓。雖然一些低成本模擬函數(shù)發(fā)生器仍有市場(chǎng)，但目前的大多數(shù)函數(shù)發(fā)生器用法數(shù)字信號(hào)發(fā)生辦法和頻率合成技術(shù)。實(shí)際上，大部分工程師喜愛數(shù)字類型的函數(shù)發(fā)生器，它們常被稱為隨意函數(shù)發(fā)生器(afg)或隨意波形發(fā)生器(awg)，兩者普通都統(tǒng)稱為arb(圖2)。圖2：基于少管腳mcu的多功能卡讀卡器接口設(shè)計(jì)的外接多工器和膠合規(guī)律。afg是兩種發(fā)生器中較容易的一種，僅用于產(chǎn)生最常用的信號(hào)，如正弦波、三角波

3、、鋸齒波或方波。而awg可以用來(lái)產(chǎn)生實(shí)際上隨意類型的信號(hào)。大多數(shù)afg采納挺直數(shù)字合成技術(shù)和內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)波形的波形存儲(chǔ)器及輸出(參考網(wǎng)站編號(hào)為drilldeeper19147的“dds基礎(chǔ)”一文)。輸出信號(hào)以設(shè)定波形的一系列二進(jìn)制樣值存儲(chǔ)在ram或rom中。這些數(shù)據(jù)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)就能產(chǎn)生階梯近似型的目標(biāo)輸出信號(hào)。一些afg可以產(chǎn)生頻率高達(dá)300mhz的正弦和其它波形。afg在存儲(chǔ)器中預(yù)存有所有標(biāo)準(zhǔn)波形，可以通過(guò)前面板控制舉行挑選。awg也能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波形，但用戶可以向ram中輸入隨意想要的波形，也可以用外部軟件創(chuàng)建代表想要波形的二進(jìn)制文件。

4、頻率合成器向ram提供增量地址，然后由ram向dac提供波形樣值。另外，可以用模擬的低通去除殘留的數(shù)字雜訊。輸出電平控制功能可以用來(lái)設(shè)定想要的信號(hào)幅度。一些函數(shù)發(fā)生器還能提供基本的調(diào)制類型，包括調(diào)幅(am)、幅移鍵控(ask)、開關(guān)鍵控(ook)、調(diào)頻(fm)、頻移鍵控(fsk)、調(diào)相(pm)、相移鍵控(psk)及一些數(shù)字調(diào)制類型。比如的awg5000。該設(shè)備用法了標(biāo)準(zhǔn)的n倍鎖相環(huán)(pll)合成器(圖3)，有兩個(gè)輸出通道，每個(gè)通道都可以設(shè)成單端或差分輸出。其dac采樣率高達(dá)1。2gsamples/s，可以產(chǎn)生最高頻率達(dá)600mhz的輸出波形。因?yàn)檫@個(gè)高頻特性，awg5000可以用于某些應(yīng)用中的

5、射頻測(cè)試。圖3：基于帶靈便i/o影像的mcu的多功能卡讀卡器接口設(shè)計(jì)。awg5000的關(guān)鍵指標(biāo)是由14位dac辨別率確定的動(dòng)態(tài)范圍。最大波形存儲(chǔ)能力是32m個(gè)采樣。兩路輸出經(jīng)設(shè)置可以為數(shù)字調(diào)制測(cè)試同時(shí)提供i和q信號(hào)。因?yàn)閍wg5000具有寬頻率范圍和波形可編程功能，因此具有很大的靈便性，實(shí)際上它能實(shí)現(xiàn)任何形式的數(shù)字調(diào)制。加上其優(yōu)異的位辨別率，awg5000十分適合用于dac和模數(shù)轉(zhuǎn)換器()測(cè)試。對(duì)于dac測(cè)試來(lái)說(shuō)，從波形存儲(chǔ)器輸出到內(nèi)部dac的14位并行數(shù)字字可以挺直輸出。泰克的另一款awg7000提供10gsamples/s的基本dac采樣率。在兩個(gè)通道上采納交織技術(shù)后可以達(dá)到20gsamp

6、les/s，從而實(shí)現(xiàn)10ghz的波形。輸出辨別率為10位。awg7000主要用于測(cè)試帶pciexpress(pcie)、sata、rapid-io和以太網(wǎng)等接口的高速串行設(shè)備。其可編程特性可以讓用戶創(chuàng)建含有噪聲和其它損傷的波形，從而實(shí)現(xiàn)更具魯棒性的測(cè)試。awg5000和awg7000都有相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生軟件。其中rfexpress用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制波形創(chuàng)建，serialexpress用于建立波形以測(cè)試高速串行接口和設(shè)備。還可以用法matlab或等軟件。2 射頻發(fā)生器為了測(cè)試無(wú)線設(shè)備，工程師常常求助于射頻(rf)發(fā)生器。這些發(fā)生器可以產(chǎn)生從10mhz到30ghz以上的信號(hào)。有兩種基本的射頻發(fā)生器，即

7、延續(xù)波(cw)和矢量信號(hào)發(fā)生器(vsg)，兩者都具有某種形式的調(diào)制功能(圖4)。數(shù)字信號(hào)發(fā)生是最頻繁的，但也有一些模擬型號(hào)仍在用法。射頻發(fā)生器常用于代替本地(lo)。高穩(wěn)定和高精度的參考晶振可用來(lái)驅(qū)動(dòng)pll合成器。n倍分頻器通過(guò)前面板控制提供頻率挑選。pll輸出送至用于保持恒定輸出信號(hào)的自動(dòng)電平控制(alc)電路。功放和可變衰耗器組成輸出電路。其它電路提供調(diào)制功能。圖4：虛擬設(shè)備初始化工具。射頻發(fā)生器通過(guò)某種相關(guān)電路讓調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)變壓控振蕩器(vco)頻率或相位來(lái)實(shí)現(xiàn)fm和pm。am則利用輸出電路中另外的可變衰耗器實(shí)現(xiàn)。有些時(shí)候，工程師還會(huì)增強(qiáng)由混頻器和高頻lo組成的額外上變頻級(jí)電路來(lái)提高輸出范

8、圍。例如釔鐵石榴石(yig)vco就是用來(lái)將信號(hào)轉(zhuǎn)換到近十千兆赫范圍的常用lo。國(guó)家儀器(ni)公司的-5652模塊化射頻發(fā)生器可以插入pxi機(jī)箱，與labview等軟件一起工作在環(huán)境中(圖5)。它的頻率范圍是500khz到6。6ghz。其它型號(hào)的頻率上限是1。3或3。3ghz。頻率上限為6。6ghz時(shí)的步距為4hz，上限為1。3或3。3ghz時(shí)步距為1或2hz。10mhz的內(nèi)部頻率標(biāo)準(zhǔn)提供最大±3ppm的精度。輸出阻抗是標(biāo)準(zhǔn)的50。圖5：ni的pxi-5652rfcw發(fā)生器。射頻發(fā)生器的關(guān)鍵指標(biāo)包括頻譜純度、諧波、輸出幅度和調(diào)制功能。pxi-5652的頻譜純度是90dbc/hz的相

9、位噪聲，2。488ghz處的顫動(dòng)值為50fs，顫動(dòng)寬度為5khz到15mhz，2。4ghz處的殘留fm小于1。5hz。諧波輸出測(cè)量值從3。3到6。6ghz為-20dbc。頻率在3。3ghz以下時(shí)的輸出功率在約-100到10dbm范圍內(nèi)變幻，6。6ghz時(shí)為0dbm，變幻步距為0。1db。pxi-5652發(fā)生器還具有fm、fsk和ook等內(nèi)部調(diào)制功能。在3。3到6。6ghz范圍內(nèi)的最大fm偏差為8mhz。fsk符號(hào)率從763hz到100khz，ook符號(hào)率從153hz到100khz。更新的cw射頻發(fā)生器用法dds合成器來(lái)創(chuàng)建基本的正弦波信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波去除階梯近似過(guò)程中產(chǎn)生的諧波重量后送到功

10、放和衰耗器。另外，還可以采納外差式上變頻電路將輸出頻率提升到更高的范圍。目前最流行的射頻發(fā)生器是vsg，可以用來(lái)創(chuàng)建測(cè)試數(shù)字無(wú)線產(chǎn)品中最常用的射頻信號(hào)。事實(shí)上全部數(shù)字調(diào)制計(jì)劃都用法iq信號(hào)發(fā)生機(jī)制(圖6)。大多數(shù)vsg還有內(nèi)置的awg基帶電路，它用法軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，然后通過(guò)dac輸出到所示的vsg調(diào)制器。在一些發(fā)生器中，lo就能提供想要的頻率，因此不需要后續(xù)的上變頻電路。圖6：矢量信號(hào)發(fā)生器基本電路。無(wú)線測(cè)試裝置用于手機(jī)和設(shè)備是否符合特定標(biāo)準(zhǔn)的正式測(cè)試。其中的射頻發(fā)生器可以產(chǎn)生全部調(diào)制類型，如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(gsm)、增加型數(shù)據(jù)速率gsm演進(jìn)技術(shù)(edge)、碼分多址(cdma)、高速下行

11、鏈路分組拜訪(hsdpa)或長(zhǎng)久演進(jìn)()和wimax用法的正交頻分復(fù)用(ofdm)。keithley公司的2910就是款現(xiàn)代的vsg，可以產(chǎn)生頻率從10mhz到2。5ghz的信號(hào)(圖7)。型號(hào)2920的頻率上限是6ghz，可以適應(yīng)25、40和80mhz步進(jìn)。內(nèi)置的awg用于產(chǎn)生調(diào)制波形。另外，它的軟件定義無(wú)線架構(gòu)具有很大的靈便性，可以通過(guò)編程產(chǎn)生符合幾乎全部數(shù)字調(diào)制或無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。圖7：keithley的2910rf矢量信號(hào)發(fā)生器。想要的調(diào)制/標(biāo)準(zhǔn)可以用keithley公司的signalmeister軟件或者諸如matlab或labview等軟件創(chuàng)建，然后存儲(chǔ)在巨大容量的100m采樣的ram

12、中。2910內(nèi)部有個(gè)500mhz的用于處理波形數(shù)據(jù)。還有一個(gè)和數(shù)字上/下變頻器對(duì)結(jié)果信號(hào)作進(jìn)一步處理，然后送到dac和帶dds合成器的矢量調(diào)制器。另外，輸出和衰耗器提供-130到+13dbm的可變輸出功率，詳細(xì)還取決于信號(hào)頻率。在頻譜純度方面，單邊帶(ssb)相位噪聲在6ghz、20khz偏移時(shí)為-101dbc，諧波在6ghz點(diǎn)的典型值為-40dbc。相位噪聲在6ghz、100khz偏移時(shí)為-104dbc?？捎谜{(diào)制類型包括am、gsmgprs-edge、cdmaone和cdma2000、寬帶cdma(wcdma)和。象hsdpa、lte和wimax等較新的調(diào)制類型可以用軟件產(chǎn)生。多個(gè)2920可

13、以與28？5同步單元一起用來(lái)產(chǎn)生多入多出(mimo)測(cè)試信號(hào)。？司的mxg系列中有兩款聞名的射頻發(fā)生器。其中n5183a微波模擬信號(hào)發(fā)生器是一臺(tái)高端射頻cw發(fā)生器。該系列發(fā)生器的輸出頻率范圍從100khz到20、31。8或40ghz，輸出功率在20ghz點(diǎn)高達(dá)+18dbm。它的高速頻率開關(guān)速度小于900？s，典型值小于600？s。相位噪聲在20khz偏移時(shí)的測(cè)量值小于-98dbc/hz。雖然n5183a主要用于天線和微波設(shè)備的生產(chǎn)測(cè)試，它也能提供am、fm和pm以及脈沖等調(diào)制功能。它的脈沖升高/下降沿時(shí)光小于10ns，最小脈沖寬度為20ns。n5183a可以工作在數(shù)字逐頻和延續(xù)掃頻兩種模式。安

14、捷倫的n5182amxgvsg有兩種版本，一種的頻率范圍為250khz到3ghz，另外一種頻率上限高達(dá)6ghz。輸出功率在1ghz時(shí)高達(dá)+13dbm，相位噪聲在1ghz、20khz偏移處小于-121dbc/hz。調(diào)制模式與n5183a相同，還有一個(gè)關(guān)鍵特性是內(nèi)部基帶發(fā)生和調(diào)制信號(hào)創(chuàng)建功能。內(nèi)部awg基帶電路可以向帶寬為100mhz的dac提供高達(dá)125m采樣/s的信號(hào)。內(nèi)部16位dac使得n5182a擁有極好的動(dòng)態(tài)范圍，支持幾乎全部測(cè)試。波形回放存儲(chǔ)器的保存容量高達(dá)6m采樣，而存儲(chǔ)用存儲(chǔ)器容量高達(dá)100m采樣。在該功能和安捷倫signalstudio等軟件的支持下，用戶可以產(chǎn)生許多標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線信

15、號(hào)，如wi-fi無(wú)線局域網(wǎng)(wlan)、wimax、wcdma、cdma2000、gsm、時(shí)分同步代碼多址拜訪(td-scdma)，甚至可以產(chǎn)生更先進(jìn)的3g和4g無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，如hsdpa和lte。這兩種mxg發(fā)生器都有通用接口(gpib)、2。0和以太網(wǎng)100base-t接口，并且符合lxic類規(guī)范。這些發(fā)生器的升級(jí)版模擬n5161a和n5162avsgmxgate主要用于對(duì)成本敏感的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ate)應(yīng)用。改進(jìn)的性能包括：更高的輸出功率，可達(dá)+23dbm；改進(jìn)的失真指標(biāo)；針對(duì)mimo和波束成形天線應(yīng)用的相位全都性支持。另外，這些型號(hào)沒有采納標(biāo)準(zhǔn)的前面板，并且將全部銜接移到了后面(圖8)。圖

16、8：安捷倫的n5182amxgawgrf信號(hào)發(fā)生器（上面）和更新的n5162amxgateawg發(fā)生器組件。3 數(shù)字發(fā)生器數(shù)字發(fā)生器用于產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)或脈沖?；镜拿}沖發(fā)生器可以產(chǎn)生很寬頻率范圍的脈沖，可以控制升高/下降時(shí)光、占空比和顫動(dòng)等脈沖屬性。脈沖格式可以是標(biāo)準(zhǔn)的nrz、rz或其它格式，可以是正極性和/或負(fù)極性脈沖。脈沖幅度也可以轉(zhuǎn)變。一個(gè)數(shù)據(jù)或圖案發(fā)生器都有ram和/或rom用于存儲(chǔ)數(shù)字化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是用戶自己定義用于檢驗(yàn)被測(cè)設(shè)備(dut)的圖案，也可以是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖案，如pn9(109-1個(gè)點(diǎn))或pn15(1015-1個(gè)點(diǎn))的偽隨機(jī)比特序列(prbs)。一些發(fā)生器可以產(chǎn)生多路輸出數(shù)據(jù)

17、流。這些發(fā)生器普通還提供脈沖輸入觸發(fā)器。用戶還可以利用延時(shí)性能產(chǎn)生延時(shí)的序列來(lái)設(shè)置特定的設(shè)備。berkeleynucleonics公司型號(hào)為575的數(shù)字延時(shí)/脈沖發(fā)生器是一款二合一發(fā)生器(圖9)。其脈沖發(fā)生器部分提供對(duì)脈沖速率、延時(shí)和寬度的自立控制，并且包含一個(gè)外部觸發(fā)器輸入。它提供2、4或8路輸出通道，每個(gè)通道可以單獨(dú)設(shè)置成不同的脈沖狀態(tài)。圖9：berkeleynucleonics的575型數(shù)字延時(shí)/脈沖發(fā)生器。該發(fā)生器的頻率范圍是0。0002hz到20mhz，還有一個(gè)40mhz的選件。辨別率為5ns，顫動(dòng)小于200ps。標(biāo)準(zhǔn)輸出是晶體管-晶體管規(guī)律(ttl)，也可以是0-4v可調(diào)電壓、典型

18、升高時(shí)光為3ns的輸出，還有一種可調(diào)的高壓輸出選件。每個(gè)通道可以有自己的輸入觸發(fā)器，或者全部通道被同時(shí)觸發(fā)。575有一個(gè)自立的延時(shí)發(fā)生器，它能提供精細(xì)的辨別率，具有很高的延時(shí)和寬度精度?；颈鎰e率是250ps，精度是1ppm。按照周期挑選的速率被設(shè)為10ns辨別率。575提供自立的延時(shí)通道觸發(fā)輸入，或者全部通道被同時(shí)觸發(fā)。另外，575有帶st的光輸出接口。輸出工作在820nm和1310nm，速率為5m波特，辨別率為500ps。最大光路距離長(zhǎng)1。5km。575最多提供兩路光輸入，還可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的rs-232或usb端口實(shí)現(xiàn)外部可編程功能。另配選件提供gpib或以太網(wǎng)編程接口。另外，板載存儲(chǔ)器可以用來(lái)保存設(shè)置參數(shù)。575還提供了國(guó)家儀器公司的labv