任意波形发生器.doc

任意波形发生器是在1975年开发成功的，从此，信号发生器产品增加了一个新品种。在任意波形发生器作为测量用信号激励源进入市场之前，为了产生非正弦波信号，已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等几种特殊波形。声音和振动分析需要复杂调制的信号源，以便仿真真实的信号，只有借助任意波形发生器，例如医疗仪器测试往往需要心电波形，任意波形发生器很容易产生各种非标准的振动信号。
 　 早期的任意波形发生器主要着重音频频段，现在的任意波形发生器已扩展到射频频段，它与数字示波器（DSO）密切配合，只要数字示波器捕获的信号，任意波形发生器就能复制出同样的波形。在电路构成上，数字示波器是模拟/数字转换，任意波形发生器是数字/模拟的逆转换，目前任意波形发生器的带宽达到2GHz，足够仿真许多移动通信、卫星电视的复杂信号。
　 几种任意波形发生器
 　生产数字示波器的仪器公司一般都供应任意波形发生器，如安捷伦、力科、泰克公司，也有只生产任意波形发生器的公司，如雷科、斯坦福公司。仪器有台式、PC机虚拟、VXI总线、PXI总线等多种方式，大部分产品只有1路输出，有的高达16路输出。仪器采样率从最低的100KS/s到4GS/s，相当实时带宽50kHz到最高的2GHz。产生任意波形的方法主要有两种：即存储器和直接数字合成（DDS），前者电路比较简单，分两种形式：相位累加器式与计数器式，但需要较深的存储容量仪器的垂直分辨率有8位至16位，采样率越高时分辨率越低，主要受数/模转换器和存储器特性的影响。存储器容量从最小的8K（12位）到16M（8位），通常可根据用户要求扩充容量。任意波形发生器的波形定义主要有面板设定、方程式设定、波形下载、软件设定、数字示波器下载、内置编辑器等多种。软件大部分采用Windows、LabVIEW或VXIpnp，总线主要是GPIB（台式仪器）、VXI（模块仪器）、PCI/PXI（PC基仪器）、RS-232（通信）、LAN（网络）等。
 　任意波形发生器的应用非常广泛，在原理上可仿真任意波形，只要数字示波器或其它记录仪捕捉到的波形，任意波形发生器都可复制出，特别有用的是仿真单次偶发的信号，例如地震波形、汽车碰撞波形等等。以下是几种尖端技术中任意波形发生器产生的复杂测量信号：
 　第一、雷达信号仿真――雷科公司的任意波形发生器有调幅、调频和脉冲三组输出，组合调制信号输入微波信号发生器产生复杂的雷达信号模式，用于仿真飞行器的雷达信令。由于三组调制信号有严格的同步和低的相位噪声，使这种序列信号既稳定又相位噪声极低，序列内可插入触发、波形循环、断点而不会失去同步，从而扩展成为复杂波形产生设备。
　　第二、卫星音调仿真――任意波形发生器和微波信号发生器一起可产生通信卫星的音调仿真，用于测试地面接受站特性。任意波形发生器驱动上变频器在适当频率下产生几种音调，在被测通道的测试序列插入空白段，用于播送实况信号。任意波形发生器的数量视音调数目和间隔而定。这种测试方法同样可用来测试在同一通信链路内收发多个数据流的电信系统。
　　第三、微机电系统的驱动――微机电系统有机械、光学、电学的多种信号，需要几台任意波形发生器仿真激励和执行机构的复杂信号，信号之间有严格的定时关系。
　　第四、磁盘驱动器仿真――磁盘驱动器产生的同步数字和模拟信号可由任意波形发生器仿真，用于读/写数据的测试。这种混合信号仿真可作为平板LCD、等离子高清晰度电视等的测试信号。
　　第五、数字通信的仿真――第三代移动通信属于多制式多种信号的综合，对于这种包括语音、图像和数据的复杂调制信号，AWG可发挥积极作用和产生非常逼真的信号。
　　第六、任意波形发生器复制数字示波器的偶发信号――利用两种仪器的互补特点，任意波形发生器可复制出数字示波器的很难捕捉到的毛刺信号。
　　由于任意波形发生器的仿真功能越来越完善，已成为通信、雷达、导航、超声、自动测量等复杂波形的信号源。
　　几种代表性的硬件平台
　　任意波形发生器最多的供应商是泰克公司，它的AFG300系列（取样率16MS/s，分辨率12位）、AWG400系列（取样率200MS/s，分辨率16位）、AWG500系列（取样率1GS/s，分辨率10位）、AWG600系列（取样率2.6GS/s，分辨率8位）、还有AWG700系列（取样率4GS/s，分辨率8位）、还有AWG2000系列（最高取样率250MS/s，分辨率12位，最大输出10V）是编程更简单，可与该公司的数字示波器直接波形转移的任意波形发生器，泰克公司的数字存储示波器(DSO)和数字荧光示波器（DPO）分别拥有实时带宽6GHz（TDS6000系列）和5GHz（TDS7000系列）的最高指标，为配合DSO和DPO示波器族的测量应用，一直生产上述的各种任意波形发生器系列，同时长期保持领先地位。直至2001年Analogic公司推出DBS2055任意波形发生器（取样率4.8GS/s，分辨率8位），成为业界指标最高的产品，以下简要介绍该仪器的特点
　　任意波形发生器的发展趋势
　　任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前实时带宽超过1GHz的产品比较少，而且分辨率只有8位，不能满足快速发展的移动通信和高速网络的测量要求。与数字存储示波器相比，任意波形发生器的全面指标存在明显差距，前者的取样率达到20GS/s和带宽6GHz，后者的取样率是4.8GS/s和带宽2GHz。任意波形发生器首先要赶上数字存储示波器，然后再往前发展，因为在电路构成方面，任意波形发生器的核心部件是高速数/模转换器，它的工艺潜力还很大，显然缺少的是市场需求。
　　任意波形发生器的另一重要应用领域是低频，例如心电图、汽车点火、防撞气囊、医疗仪器等，频率范围在声频以下，多组信号输出，16位以上的分辨率。这类任意波形发生器以VXI总线、PXI总线和PC总线模块较多，每年都有新产品推出。