信号源的那些事儿

在电子测量中，为了测量一些电子设备的性能，往往需要给被测设备输入一定的符合测量要求的信号。信号源就是用来产生符合一定技术要求的电信号的仪器。例如：测量示波器的带宽，需要给示波器输入一组频率、幅度可调的正弦波，这就需要用到信号源。信号发生器一般有正弦信号发生器、函数发生器、任意波形发生器之分。

●正弦信号发生器

正弦信号对线性系统频域分析的重要意义，使得正弦信号发生器被广泛使用。用户对这类信号源的要求通常是频率范围宽、频率准确度和稳定度高、频谱纯度高、相位噪声低。例如通信系统测试中需要的正弦信号发生器，一般要求频率能够延伸到射频段、具备各种调制功能。正弦信号发生器的实现原理一般都是锁相技术和频率合成技术。

●函数发生器Function Generator

函数发生器是能够产生诸如正弦波，方波，三角波的信号源。一个传统函数发生器，用恒流源对电容充电、放电，电容两端的电压就是三角波。如果三角波送到一个比较器，就能产生方波，三角波通过波形整形电路还能够产生正弦波，通过改变电流和电容的大小，就能调节信号频率。这种信号源一般能输出的频率不高、频率准确度和稳定度低。随着数字技术的发展。函数发生器的实现也逐渐从模拟向数字演变。

●任意波形发生器ArbitaryWaveform Generator

正弦信号发生器和函数发生器都只能产生规则的信号。而产生不规则的信号需要借助于任意波形发生器（AWG, Arbitrary Waveform Generator）。AWG的基本设计思想是把所需重现的信号波形截取一个周期进行均匀采样，保存在存储器中。把存储器中的波形数据按顺序读出，经DAC转换后，再滤波，获得所需要的波形。

任意波形发生器和示波器在原理上可以认为是一个互逆的过程，示波器的ADC将信号按一定采样率进行数字化，然后保存在采集存储器中；而任意波形发生器的DAC按一定采样率将保存在存储器的波形数据还原为模拟波形。这两类仪器都受Nyquist定律约束，能够测量/输出的最高频率分量不超过ADC/DAC采样率的一半。一般可以使用示波器采集一段波形，并保存为文件，再把波形文件导入到任意波形发生器，就可以还原模拟波形。实际应用中，AWG所用到的波形数据不全是真正采样获得的，通常用软件辅助产生。

?按实现架构，任意波形发生器又分为以下两大类：DDS-based AWG，基于DDS的任意波形发生器；True Arbitrary真任意波形发生器，简称True Arb。DDS信号发生器的信号保真度由输出频率、采样率、存储深度的关系决定，数据点有可能被跳过、或者重复输出，存储器中的波形数据不能分段；True Arb信号发生器无论输出频率多少，所有波形数据点都完整输出，波形存储器可以分为若干片段，各片段波形可分别输出。

评价一款任意波形发生器，通常从以下功能和性能来衡量

※采样率

即DAC时钟频率，也是DDS参考时钟和存储器输出时钟的频率。根据Nyquist定律，AWG能够输出的最高频率成分不超过最大采样率的一半，采样时钟频率不能无限小，因此最小采样率也是重要的指标

※存储深度

最多能够存储的波形数据量

※模拟带宽

AWG输出电路的截止频率点

※输出频率范围

能够输出的最大频率受AWG输出电路的模拟带宽，以及采样率的制约；能够输出的最小频率受存储深度和采样率的制约。

※输出最大幅度

AWG能够输出的最大电压，通常是在一定负载条件下

※分辨率

即AWG能够输出的最小电压。一般用DAC的位数来表示，位数越多，分辨率越高，能够输出的幅度越小。

※频谱纯度

通常用谐波失真和相位噪声来描述。

※输出通道数

能够输出的信号数量。

※调制能力

是否能够输出调制波形，能够支持的调制类型

※波形编辑能力

AWG通常借助PC端软件来产生、编辑波形。借助软件强大的功能，除了能够产生正弦、方波、三角波等标准波形数据，还能产生更复杂的波形数据，如调制信号、叠加噪声、级联数字滤波器等等

※触发

一些应用要求波形输出的起始时间受控，这就需要触发信号来启动波形的输出。

※同步

一些应用要求多个通道的输出信号相参，即采样时钟同源。