任意波形发生器简介

K就是相位增量Δθ，基准时钟周期1/fs就是时间增量Δt，即f=Δθ/(2πΔt)=K*fs/2π也就是说，输出信号于基准时钟fs相参，频率受相位增量K控制。例如相位增量是π/10时，20个基准时钟周期就能输出一个周期的正弦信号，即频率为fs/20;如果相位增量增加到π/5时，能在更短的时间完成一个周期的扫描，频率因此提高，即fs/10。

推广到任意波的情况，查找表中如果保存的是任意一段波形的量化数据，那么输出的信号将是以该波形为一个周期的重复信号。重复频率同样受相位增量控制。

从DDS原理可以看出，在基准时钟不变的情况下，如果改变输出频率，存储器中的数据点并不都能输出。输出频率越高，需要的相位增量越大，跳过的数据点越多。这可能会影响信号保真度。

比如基准时钟为100MHz，存储器的容量为100pts，保存了欲输出信号一个周期的采样点数据。

如果需要输出频率为1MHz，在每个采样时钟节拍下，依次输出所有采样点即可满足要求。

如果需要输出频率为2MHz，相位增量就必须增加1倍，也就是每个采样时钟节拍需要跳过1个采样点。

如果反映信号瞬变的数据点恰好在被跳过的采样点里，输出信号保真度就会受损。见下图示意：

图2 不同频率的输出波形数据

如果需要输出频率为300kHz，和基准时钟不是整数倍关系。那么不仅有些数据点会被跳过，而且此周期输出的数据点和下一个周期输出的数据点不相同，见下图示意。输出信号可能有相位截断和频率泄漏

图3 基准频率和输出频率不是整数倍关系

尽管基于DDS原理的AWG有上述的一些缺点，但DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和频率转换速度快等优点，适合输出调频、调相、扫频信号。而且通过合理的设定基准时钟、相位增量和输出频率的关系，能够使信号保真度满足测试要求。

2. True Arb

True Arb就是真任意波形发生器的意思，这是相对于DDS可能丢掉一些数据的特点而言。下图是True Arb的原理框图：

图4 True Arb 原理框图

True Arb以一个可变的采样时钟从波形存储器中读出量化数据，然后经过DAC和低通滤波器后输出。如果需要改变输出信号频率，就调节采样时钟的频率。True Arb更接近于一个数字存储示波器的逆过程：

1)数字存储示波器的采样率可以变化，True Arb的采样时钟频率也可以变化。
2)数字存储示波器的约束条件：储器容量=采样率×采样时间
True Arb的约束条件：存储容量=采样率×信号重复周期

例如AWG的存储容量为2Mpts，如果采样率设为100MS/s，那么输出信号的最大重复周期为20ms，即最小重复频率50Hz。如果要输出更低频率的信号，就必须降低采样率。

可以看出，通过改变采样时钟来改变输出频率的方法，能够保证存储器中的数据都被输出，相比DDS方法，信号保真度更好。

另外True Arb存储器从逻辑上可以分成若干片段，每个片段的波形数据可以单独、重复输出，即所谓波形序列(Sequence)功能。例如存储器深度为1Mpts。可以分为3个片段，分别可以保存500kpts、400kpts、100kpts数据。可以定义第一个片段波形重复输出3次后，第二个片段波形输出1次，第三个片段波形重复输出2次，又重新回到第一个片段开始新的循环… 这种功能的好处是可以设计更复杂的波形，并最大程度利用存储器容量。比方需要产生这样一种信号，先输出一个宽度25us、幅度3V的脉冲，保持低电平20s后再输出一个宽度25us、幅度5V的脉冲，再经过50s的低电平后完成一次重复，开始下一个周期。这样一个信号，必须有相对较高的采样率才能重建出25us的脉冲，但信号重复周期长，True Arb的约束条件决定了，在有限的存储器容量下，无法保存高采样率下的长时间波形数据。这时就可以利用波形序列功能。比如第一个片段保存3V脉冲，输出一次，第二个片段保存50us低电平，重复输出400000次，总持续时间为20s，第三个片段保存5V脉冲，输出一次，第三个片段保存50us低电平，重复输出1000000次，总持续时间50s。如下图示意：

 图5 波形序列功能示意

两种AWG结构的特点总结如下：
三、AWG性能和功能

一般通过以下性能和功能来评价一款AWG：

四、力科任意波形发生器

图6 ArbStudio

力科任意波形发生器ArbStudio包括信号源本身和在PC上运行的波形编辑和管理软件。其主要功能特点：

1)  在同类产品中，具有无以伦比的硬件指标：
最多4个模拟通道或36个数字通道
最大采样率1GS/s
每通道存储深度2Mpts
模拟带宽125MHz
DAC分辨率16bits
2)  支持多种调制方式：AM，FM，PM，ASK，FSK，PSK，PWM
3)  市面上很多AWG要么是DDS架构，要么是True Arb架构。ArbStudio同时提供两种工作模式，方便用户根据应用的需要来选择不同的工作模式。
4)  方便易用的波形产生、编辑和管理软件。除了AWG方式，ArbStudio软件还能工作在函数发生器和PWM信号发生器模式，用户无需编辑波形数据即可方便快捷地输出想要的基本波形。
5)  采样时钟和触发可以从外部输入，触发信号也能输出。
6)  支持最多8台4通道ArbStudio同步工作。