使用MATLAB和任意波形发生器创建高性能激励测试系统

测试工程师面临的极具挑战性的任务之一，是为测试PCB原型或硅转生成激励信号，或为RF技术定义复杂的高频调制信号。尽管在工作台上摆满脉冲发生器、函数发生器、调制发生器和RF发生器也不失为一种方法，但使用任意波形发生器(AWG)直接合成生成信号提供了更高的灵活性、可重复性和测量精度。

灵活性源自我们生成波形的方式，其直接来自AWG中的内存，因此管理简便，可以满足无穷无尽的各类应用和测试需求。AWG基于采样的结构基本上与数字示波器的操作相反。示波器从模拟波形中采集样点，而任意波形发生器则从存储的样点中重建模拟波形(即DAC与ADC)。这些样点基本上可以定义任何波形，从正弦波到串行数字脉冲。

许多传统信号发生仪器只生成一种波形，如正弦波，并依赖外部调制器，来进一步处理信号。相比之下，AWG使用直接数字生成技术，生成包含要求的调制特点或传输路径效应的信号，如抖动、噪声、符号间干扰(ISI)、等等。可以使用各种软件工具，定义和建立信令特点。

与示波器一样，AWG一直紧跟电子器件和RF领域中发生的速度和复杂性迅速提高的发展步伐。最新AWG提供了高采样率、长波形内存、深动态范围和必要的分辨率，可以满足国防电子、高速串行、光学网络和高级研究中最苛刻的信号发生要求。

AWG最重要的主打指标之一是采样率。就在去年，采样率刚刚跃升到大约24 GS/s (每秒千兆样点)。而今天，AWG已经实现了50GS/s的采样率。这意味着在RF应用中，可以使用AWG生成高达20 GHz的复杂宽带信号。在高速串行应用中，可以使用当今的50 GS/s AWG，生成高达122.5 Gb/s的高波特率基带信号，同时仍能提供所需的垂直分辨率，处理复杂调制，如OFDM和高阶QAM格式。

AWG正日益成为各种测试测量应用的激励源，这是因为与其它方式相比，其提供了大量固有的优势，包括：

●可以通过数百种方式修改存储的信号信息或数字样点，如滤波、卷积、时移、调制、等等。

●通过改变采样时钟的频率，可以改变输出频率，而不会改变波形成分。

●可以在输出波形中任何地方增加异常特点(如瞬态信号或跌落)。这适用于提供“真实环境”压力，如原型验证过程中的正弦曲线抖动。

●直接数字合成技术可以与设计(建模)工具一起使用，仿真元器件、信道和/或系统性能。

●基于软件的编辑工具简化了开发和修改波形的过程。

创建波形
随着设计人员需要设计的信号越来越复杂，基于软件的工具已经成为创建波形的首选手段。更加完善的软件工具可以归档和重用代码，从数学函数中计算几乎任何波形，对得到的波形建模。市场上有多种波形创建工具，从最简单的工具，直到高级工具。

下面概括介绍了提供的部分选项以及基于MATLAB的更详细的实例。

大多数AWG包括一套基本波形文件，可以调用到波形内存中。这些波形通常直接从简单的数学函数中导出，如正弦公式。其它基本波形包括三角波、锯齿波、方波等信号形状。机载功能为在AWG及相连器件上执行“存在信号”检查提供了方便的方式，这些功能对其它简单测试可能已经足够了。

许多厂商通常还提供基本的成套波形创建和编辑工具，这些工具设计成在Windows计算平台或在仪器本身内部运行。图1显示了用来创建正弦波的公式编辑器。

图1.标配AWG波形工具可以快速创建波形，如图中所示的正弦波。

公式窗口(左上方)包含着实际公式和其它细节，公式具体如下：
#Here w = 2*pi*10^4*t
#The Freq of the equation F= 1/((points/cycle) * clock)
#In this equation Freq is 1/1000*100ns = 10KHz i.e. 10^4
#View the waveform with the settings Points: 1K,SR,10MS/s
Range(0us, 100us)

注意，大多数文本由注释组成，运算函数是简单的“sin(w)”。一旦基本波形完成，绘图工具可以使用人为失真或畸变改动简单的正弦形状。

另外，还为特定应用提供了专用软件，如串行数据。通过此类软件，高速串行数据设计人员可以开发拥有特定数量的随机抖动、周期性抖动或占空比相关(DCD)抖动软件成分的波形，或创建通道属性，如预加重、ISI、噪声和均衡。它还可以创建基于扩频技术的信号。通过结合使用信号发生软件和AWG，设计人员可以在串行数据接收机和相关元器件上执行压力测试、检定和一致性测试。

使用MATLAB
MATLAB是美国迈斯沃克公司出品的非常流行的软件工具，为工程师们提供了完善的数学运算、分析和DSP功能。MATLAB是基于数学的高级语言和互动环境，旨在比通用编程语言更快地执行计算密集型任务，如C、C++、等等。MATLAB包括多种工具，设计人员可以利用这些工具，计算和预览带有调制、抖动或失真等特点的复杂波形。

MATLAB的仪器控制工具箱便于直接从MATLAB与仪器通信(包括信号发生器)。工具箱支持GPIB、VISA、TCP/IP和UDP通信协议、等等。MATLAB和AWG之间一旦建立通信，这些工具使用起来会非常简明便捷，并支持小的优化指令集。