在電子測試和測量中，經常要求信号源，生成隻有在外部提供時才會有的信号。信号源可以提供“已知良好”的信号，或者在其提供的信号中添加可重複的數量和類型已知的失真（或誤碼）。這是信号源最大的特點之一，因為僅使用電路本身，通常不可能恰好在需要的時間和地點創建可預測的失真。從設計檢驗到檢定，從極限和餘量測試到一緻性測試，信号源可以用于數百種應用。

因此，有多種信号源結構可供選擇也就不足為奇了，而每種結構都有各自的優點、功能和經濟性，适用于特定的用途。在本文中，我們将比較兩種信号發生結構：一種用于任意波形 / 函數發生器中，一種用于任意波形發生器中。選擇結果在很大程度上取決于應用。

了解信号發生方法

任意波形 / 函數發生器（AFG）通過讀取内存的内容，來同時創建函數波形和任意波形。大多數現代 AFG 采用直接信号合成（DDS）技術，在廣泛的頻率範圍上提供信号。

任意波形發生器（AWG）基于真正可變時鐘結構（通常稱為“ 真正的 arbs*1”），适用于在所有頻率上生成比較複雜的波形。AWG 也讀取内存的内容，但其讀取方式不同（後面進行了介紹）。處理先進通信和計算單元的設計人員選擇 AWG，驅動采用複雜調制和帶有異常事件的高速信号。結果，AWG 占據了研究、開發和工程應用的最高層。

這兩種結構在波形生成方法上有着很大差異。本技術簡介讨論了基于可變時鐘的任意波形發生器和基于 DDS 的任意波形 / 函數發生器之間的差别。

透過前面闆：比較兩個平台

AWG：概念簡單，靈活性最大

盡管 AWG 在這兩種結構中更加靈活，但 AWG 的底層波形生成技術非常簡明。AWG 的播放方案可以視為“反向取樣”。

這是什麼意思呢？看一下信号取樣平台 -- 示波器，它通過在連續時點上數字化模拟信号的電壓值，來采集波形，其取樣頻率取決于用戶選擇的時鐘速率。得到的樣點存儲在内存中。

AWG 的流程相反。AWG 開始時波形已經在内存中。波形占用指定數量的内存位置。在每個時鐘周期中，儀器從内存中輸出另一個波形樣點。由于代表波形的樣點數量是固定的，因此時鐘速率越快，讀取内存中波形數據點的速度越快，輸出頻率越高。換句話說，輸出信号頻率完全取決于時鐘頻率和内存中的波形樣點數量*2。圖 1 中簡化的方框圖概括了 AWG 結構。

AWG 的靈活性源自其内存中存儲的波形。波形可以采取任何形狀；它可以有任意數量的畸變，或根本沒有畸變。在基于 PC 的工具的幫助下，用戶可以開發人們想得到的幾乎任何波形（在物理限制内！）。可以在儀器能夠生成的任何時鐘頻率上，從内存中讀取樣點。不管時鐘是以 1 MHz 運行還是以 1 GHz 運行，波形的形狀相同。

*1 工程師通常使用“arb” 來指任何類型的任意波形發生器。

*2 當然任何 AWG 型号都有最大内存容量。波形占用的深度可能要小于全部容量。

AFG 在高頻中采取高效的快捷方式

AFG 也使用存儲的波形，作為輸出信号的基礎。其樣點讀數中涉及時鐘信号，但結果類似。

AFG 的時鐘以某個固定速率運行。由于波形樣點的數量在内存中也是固定的，因此 AFG 怎樣才能在變動頻率上提供波形呢？例如，想象一下您正在使用一部 AFG，它存儲由 1000 個樣點組成的波形，以 1 MHz 的固定速率輸出。輸出信号的周期将恰好固定在 1 ms （1kHz）。很明顯，單頻信号源在大多數應用中用途有限。因此，DDS 技術提供了一個解決方案。基于 DDS 的儀器不讀取每個樣點，而是讀取不到 1000 個樣點，來重建波形。

圖 2 是典型的簡化的 AFG 結構，其中包括 DDS 段。輸出信号由時鐘、代表相位值的存儲的二進制數字及波形内存的内容構成。

如前所述，AFG 保持固定的系統時鐘頻率。360 度時鐘周期分布在所有波形樣點中，DDS 段根據波形長度及用戶選擇的頻率自動确定相位增量。

高頻設置會導緻大的相位增量，使 AFG 在通過 360 度周期時迅速向前跳，提供高頻信号。低頻值導緻小的增量，觸發相位累加器以較低的步長步進通過波形樣點，

甚至會重複各個樣點，構成 360 度，生成頻率較低的波形。

這一決策背後的數學運算超出了本文的讨論範疇。可以這樣講，AFG 根據自己的内部算法跳過選擇的波形數據點。由于相位增量方法，它并不是在每個周期中一直跳過相同的樣點數。AFG 為生成變化的波形和頻率提供了一種快捷方式，但最終用戶不能控制跳過哪些數據點。

這必然對輸出波形保真度造成一定的影響。具有連續形狀的波形（正弦、三角形等等）通常不是問題，但可能會影響當前數字環境中常見的帶有快速轉換的信号，如脈沖和瞬變。例如，假設在新的電信交換機元件上進行極限測試。測試波形是一串二進制脈沖，其中一個脈沖在上升沿上有一個瞬變。在某些頻率上，DDS 相位增量可能會剛好跳過瞬變，而不會作為信号的一部分在時鐘中輸出瞬變。對被測器件（DUT），信号類似于沒有幹擾的脈沖流，由于缺少任何實際“極限”，這種極限測試是無效的。

表 1. AFG 與 AWG 取樣特點比較

AFG 結構的實現成本要低于全功能 AWG 工具集。結果，它非常經濟，可以供各個工程師和科研人員使用。此外，AFG 擁有某些獨有的性能優勢。部分領先型号擁有任何波形發生平台中最優秀的頻率捷變性，即能夠在不同頻率之間平滑切換，而不會在信号中産生不連續點。

表 1 概括了 AFG 平台和 AWG 平台的時鐘和内存特點。

深入細節

為更好地比較 AWG 和 AFG 結構，我們将進行簡單的“案例分析”。我們将考察這兩個平台處理定義輸出波形的樣點的方式。

這一比較涉及三種儀器：最大取樣速率 1 GS/s 的 AFG；最大取樣速率 1 GS/s 的 AWG #1；最大取樣速率 2 GS/s 的 AWG #2。

我們的目标是在 3 MHz - 20 MHz 的頻率範圍内生成一個正弦波。這兩台 AWG 和 AFG 都在 100 點的取樣内存中裝有一個正弦波周期。圖 3 顯示了這三個平台的特點怎樣影響其任務處理方式。

這三種工具都以 1 GS/s 的取樣速率讀取 100 個點，生成 10 MHz 正弦波（圖 3 中的中間行）：

圖 3. T 管理輸出信号頻率的三種方法。

AFG 的 DDS 單元收到命令，在輸出上提供 10 MHz，它計算出 1 GS/s 時鐘每擺動一下增加 1 個點。它接觸到 100 個樣點中的每個點。

兩個 AWG 中的時鐘都被手動設置為 1 GS/s，它們也讀取 100 個點，生成 10 MHz 波形。

在把輸出頻率設為 3 MHz （底部行），其方法出現分歧：

AFG 的時鐘仍以 1 GS/s 的固定速率運行。但現在，DDS 把增量自動設成時鐘每擺動一下 0.3 個點；也就是說，各個數據點重複三次或四次。

兩個 AWG 中的時鐘頻率必須手動降到 300 MS/s。時鐘現在更慢地讀過樣點，生成 3 MHz 的輸出頻率。

現在，輸出頻率必須提高到 20 MHz。這三個平台以不同方式迎接這一挑戰：

AFG 的 DDS 單元把取樣增量設為兩個樣點。它每隔一個樣點讀取一個樣點，共使用 50 個點定義波形。其長度隻是讀取 100 個點的一半。結果是一個 20 MHz 輸出信号。

與所有 AWG 在任何頻率設置上一樣，AWG #1 時鐘每擺動一下讀取一個樣點。但是，由于其最大取樣速率是 1 GS/s，因此它不能在 50 ns 的 20 MHz 正弦波周期中讀取 100 個點。因此，必須通過用戶故意幹預，把存儲的波形圖像下降到總共 50 個點。結果是一個 20 MHz 輸出信号。

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