任意波形发生器的原理与应用

1. 任意波形发生器的原理与应用 福禄克精密测试仪器部

2. 何时，何地，什么情况以及为什么需要任意波形发生器何时，何地，什么情况以及为什么需要任意波形发生器

3. 开发产品的过程 硬件子系统1， 样机设计 结构设计 子系统1，调试 集中联调 硬件子系统N 样机设计 子系统N，调试 生产 定义系统功能 软件子系统1 设计编码 软件子系统 调试1 生产测试 硬件事项 软件事项 软件子系统N 设计编码 软件子系统N 调试 安装服务 软件/硬件公共项

4. “冒烟”测试 测试/调试过程 功能检查 最初检查 参数和裕度分析 优化和加载 所有项目 软件调试 集成 一般仅在设计阶段

5. 将控制的激励加至系统输入 10101100110 10101100110 测量输出，确认是否为所需 激励－响应模型

6. 如何激励仪器 • 经常由“缺少”的电路来激励系统输入 • 来自外部信号源 • 来自其他子系统 • 来自遥远的其他设计组 • 来自项目协作人 • 来自某仪器供应商

7. 如何激励仪器 • 需要特别降低或增强信号以建立和验证仪器性能的极限 • 添加错误信号 • 增加噪声 • 制造特殊事件 • 颠倒时序 • 改变幅度 • 限制带宽 • 增加谐波失真 • 其他等等

8. 常用的信号发生器 • 函数发生器 • 脉冲发生器 • 特殊信号发生器 • 视频信号，电讯信号 • 调制发生器 • AM, FM, FSK, I/Q等等 • 定制式发生器 • 系统元件 • 以上各项的组合

9. 任意波形发生器可以代替所有这些仪器 往往价格更低 ！

10. 任意波形发生器基础 • Arb = 任意波形发生器或任意函数发生器 • 什么是任意波形发生器？ • 它是一种数字合成函数发生器. • 任意波形发生器能为用户做什么? 以操作简便, 快速, 经济的方式来模拟 用户所需的各种复杂信号

11. 任意波形发生器基础 任意波形发生器是一种强有力的工具 • 可仿真复杂的实际信号 • 可产生任意一种波形 • 产生的波形可以修改 • 用软件可产生各种函数，噪声，脉冲串，调制信号等等 • 为各种应用提供方案 • 生产任意波形发生器比生产同等性能的模拟波形发生器一般要便宜

12. 任意波形发生器用于 • 产生用户设定的复杂波形

13. 任意波形发生器用于 • 产生各种基本波形 (正弦波,方波, 三角波等等)

14. 任意波形发生器用于 • 脉冲/脉冲序列发生器

15. 任意波形发生器用于 • 调制信号源

16. 任意波形发生器用于 • 噪声发生器 模拟噪声 数字噪声 信号＋噪声

17. 任意波形发生器用于 • 扫频信号发生器

18. 任意波形发生器用于 • 触发信号发生器

19. 任意波形发生器功能 • 任意波形发生器称得起多才多艺 • 任意波形发生器可以仿真任何波形 • 比同等性能的模拟波形发生器一般要便宜 • 任意波形发生器是设计工程师，测试工程师和维修工程师强有力的工具

20. 任意波形发生器工作原理 外部参考输入 采样 时钟 信号 触发输入 地址 发生器 信号 修整 波形 存储器 DAC IEEE-488/RS-232 接口 微处理器系统

21. 任意波形发生器工作原理 • 简单的计数器式地址发生器 采样时钟信号 时钟 波形存储器 计数器 计数器 0000 0001 0010 0011 0100 ... 波形存储器

22. 任意波形发生器工作原理 D/A 地址

23. 任意波形发生器工作原理 • 具有开始，停止和重复能力的地址发生器 开始计数 停止计数 重复数为4 开始计数 停止计数 重复计数 触发输入 触发输入

24. 任意波形发生器工作原理 D/A 地址

25. 分为能独立存取和控制的独立段落 波形连接 将存储器分段 波形存储器

26. 由设置猝发信号数为2，使整段波形重复两次 wvfm 2 wvfm 3 wvfm 1 wvfm 2 wvfm 3 wvfm 1 输出波形 触发信号 同步输出 (EOS) 波形连接 • 把多个波形连接在一起 • 适于产生非常长，非常复杂的波形 • 可以减少对大波形存储器的需要

27. 1 1 4 3 2 2 2 1 1 4 4 3 3 3 2 波形连接 波形1 波形3 波形4 波形2

28. 采用相位累加器的任意波形发生器 • 有时也叫任意函数发生器 时钟 相位累加器 低通滤波器

29. 相位累加器 时钟 输出 相位输出寄存器 相位累加寄存器

30. DDS技术和相位累加器 旋转矢量 正弦波表 时钟 信号周期为采样信号周期的四分之一

31. DDS技术和相位累加器 旋转矢量 正弦波表 时钟 信号周期为采样信号周期的三分之一

32. DDS技术和相位累加器 旋转矢量 正弦波表 时钟 信号周期为采样信号周期的十二分之五

33. DDS技术和相位累加器 旋转矢量 正弦波表 时钟 信号周期为采样信号周期的十二分之五

34. 工作原理 • 用相位累加器的优点 • 优良的标准波形性能 • 优良的频率准确度，稳定性，正弦信号时相位噪声 小 • 正弦频率高，接近奈奎斯特频率 • 适合产生扫频信号 • 低价结构 • 用相位累加器的缺点 • 产生低占空比脉冲串困难 • 阶跃响应差（信号越变时有振铃） • 信号细微处失真 • 相位性能不好

35. 考察信号的抖动 真任意波形发生器 DDS信号发生器

36. 工作原理 • “真任意波形发生器”的优点 • 波形可连接 • 优良的低占空比的波形 • 优良的阶跃响应 • 优良的相位特性 • “真任意波形发生器”的缺点 • 成本高,较昂贵 • 正弦波形频率不高

37. 关键指标 • 最高采样率 MS/s • 确定信号组成的最高频率 • 1/2 采样频率为奈奎斯特频率

38. 关键指标 • 波形存储器 • 存储波形点数的存储器， • 点数多可以产生长波形 • 波形短时分辨率高 • 波形段的容量和数目 • 产生复杂的波形 • 存储许多波形 • 不同波形不同名字 • 用户可自己确定波形容量

39. 关键指标 信号重复频率 Fw = fswsize 信号重复频率＝采样频率 波形容量 采样频率 fs(MS/s)=每秒产生的波形点 波形容量 wsize＝确定波形的点数 加大点数可优化波形质量 举例： 需要1000点的波形 任意波形发生器最高采样率50MS/s 最高信号重复频率 Fw ： 50,000,000MS/s 1,000 = 50kHz

40. 关键指标 • 垂直分辨率（模数转换分辨率） • 大多为12位，即有0－4096个台阶 • 也有8位，10位和16位的 • 位数越高，每个波形点的分辨率也越高，因而失真和噪声更低 • 信噪比»位数6 • 般高采样率的任意波形发生器, 垂直分辨率都较低

41. 关键指标 • 通道数 • 通道间的功能 • 触发 • 调制 • 相位调整 • 连接能力 • 放大能力 • 最大幅度，偏置

42. 关键指标 • 产生所需波形的方法 • 从文件(如Excel文件)输入用前面板的编辑功能 • 用示波器采集的波形 • 用波形发生软件 DSP2

43. 关键指标 • 总结 • 采购 任意波形发生器之前，明白需要的性能 • 波形和信号频率 • 波形存储器 • 幅度和幅度分辨率 • 波形连接 • 多通道的需要 • 怎样产生或获得所需波形

44. 电力质量测试 • 用多通道任意波形发生器可以方便地测试三相电力监视设备和其他交流监视设备 • 测试设备在过渡过程或掉电时的响应是典型要求 • 任意波形发生器仿真电力线的变化非常容易， 在这类应用中功能强大

45. 电力质量测试 • 设置任意波形发生器 • 用 WaveForm DSP2 波形发生软件产生带有各种变化的正弦波 纯正弦波 带噪声的正弦波 带掉电的正弦波 带过渡过程的正弦波

46. 电力质量测试 • 将波形下载至Arb

47. 瞬变 Phase 1 (0) 掉电 Phase 2 (120) Phase 3 (240) Transient Trigger Dropout Trigger Figure 3 电力质量测试 • 任意波形发生器的3个通道同步产生3相电源信号 • 3相电源精确设置在0, 120 and 240 • 电力线的各种各样的问题都可以仿真出来 • 图 3显示了电力瞬态过程和 掉电过程的仿真信号

48. 电力质量测试 • 应用总结 • 用功率放大器将信号放大至电力线水平，用于测试设备在各种电网情况下的响应 • 任意波形发生器可以仿真电网的各种情况，是一个理想的测试工具 • 波形和相位都可以方便地改变，以适应各种详细测试 • 任意波形发生器让你在设计和测试阶段就使用真正的信号

49. CDMA 信号仿真 • 概况 • CDMA是数字移动通信的一种先进调制技术 • 手机的声音信号数字化后与一个伪随机信号卷积乘，将 • 信号散布在一个指定频带 • 每个呼叫用一个单独的伪随机信号。因此多个呼叫可在 • 同一个频带内同时使用， • 必须测试手机的发射电路以确定其交调指标和噪声指标 • 可用某一带宽噪声来模仿所需信号的特性 • 将信号输入到发射电路，然后测量输入输出之间的交调失真

50. CDMA信号仿真 • 仿真基带CDMA信号是一个2kHz至500kHz的噪声信号。 并有很低的本底噪声和陡峭的边带 • 任意波形发生器可以容易地用数学方法模仿这种CDMA噪声信号。