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任意波形发生器原理及使用 RIGOL Technologies 200601 什么是任意波形发生器（AWG） 生成标准的波形 正弦，方波，三角波，脉冲波 调制波，脉冲串 生成和重现“实际环境”信号 不规则信号，如毛刺、偏移、噪声等 为什么使用任意波形发生器 充分地模拟各种波形情况包括电平特性，频率特性，噪声特性等等，测试产品的性能。 还原实际环境中的波形，降低实验的风险和开发的成本。 任意波形发生器的基本原理 直接模拟合成 倍频（乘法），分频（除法），混频（加减法）和滤波技术。 频率转换时间短，相位噪声小 锁相环合成 良好的窄带跟踪特性，频谱纯度高。 分辨率和转换速度是一对矛盾 直接数字合成（ Direct Digital Synthesizer ） 较高的频率分辨率 频率转换时间小 较大的输出相对带宽 输出相位连续 任意波形发生器的基本原理 任意波形发生器的基本原理 波形存储器 存放波形一个周期的采样点 采样点越多（深度），由相位地址造成的相位误差越小，波形的失真度越小。 采样点有效位数越多（宽度），由量化造成的幅度误差越小，波形的失真度越小。 任意波形发生器的基本原理 波形的采样和存储 例：一个周期内16K（16384)个点，每个点的相位为2π/16K（rad)。每个相位的波形幅度进行n位量化，形成2n个离散的电平。n表示垂直分辨率。 任意波形发生器的基本原理 波形相位累加器 相位步长决定了输出波形的频率。 相位累加器的位数和采样时钟频率决定了最小的频率分辨率。 任意波形发生器的基本原理 防混叠滤波器 椭圆滤波器 线性相位滤波器（贝塞尔滤波器） 任意波形发生器的基本原理 方波的产生 对于低频的方波（≤1MHz）直接由DDS合成。 对于高频的方波（＞1MHz）由正弦波经过比较器生成。通过调节比较器的阈值电平，控制方波的占空比。 任意波形发生器的基本原理 任意波形发生器的基本原理 脉冲波的产生 为了提高脉冲波脉冲周期的分辨率，通过锁相环倍频提高脉冲波的工作时钟频率。 为了提高脉冲波脉冲宽度的分辨率，通过延迟控制电路来控制后沿时间。 控制边沿控制电路充电电流，改变上升和下降沿的时间。 任意波形发生器的基本原理 任意波形发生器的基本原理 脉冲信号的基本参数 任意波形发生器的基本原理 输出幅度控制 提供-30dB，-20dB，-10dB，0dB，10dB，20dB六个范围的幅度。 偏移控制。 可编程阻抗匹配控制。 过载保护控制。 任意波形发生器的基本原理 任意波形发生器的基本原理 调制 用低频信号（“调制波”）调整高频信号（“载波”）的过程。 模拟调制可分为幅度调制（AM）和角度调制（FM/PM） 数字调制同样也有ASK，FSK和PSK。 调制源：内部和外部 任意波形发生器的基本原理 波形的基本参数 从时域上看，基本的波形参数有 周期（频率） 幅度（峰峰值） 偏移 其它波形参数 方波：占空比 三角波：对称性 脉冲：脉宽，上升/下降时间等 任意波形发生器的基本原理 载波 调制波 调幅（AM） 调频（FM） 调相（PM） 任意波形发生器的基本原理 调幅 任意波形发生器的基本原理 调频 窄带调频：带宽=2×调制信号带宽 宽带调频：带宽=2×（偏移＋调制信号带宽） 任意波形发生器的基本原理 扫频 扫频和FM类似，可以认为是上三角波（线性扫频）或对数波（对数扫描）对载波进行调制。 扫频时间越长，频率步进分辨率越高。 任意波形发生器的基本原理 脉冲串 产生指定周期数的波形 两种生成模式：N循环（触发脉冲串）和门控脉冲串。 可编程起始相位。 可编程触发延迟。 可选择触发源和触发沿。 任意波形发生器的基本原理 AC信号的幅度属性 正弦是最典型的AC信号。 任何的周期信号都可以表示为不同正弦信号之和。 正弦信号的幅度通常有三种表示方式： 峰值（Vpeak）：波形中所有点的最大绝对值 峰峰值（Vpp）：最大值和最小值之差 均方根值（VRMS）：电压平方的均值的平方根。 任意波形发生器的基本原理 不同幅度表示之间的关系 任意波形发生器的基本原理 典型信号的VRMS和Vpeak的关系 C.F表示“波峰系数”，是Vpeak和VRMS之比。 任意波形发生器的基本原理 dBm 相对于1mW的分贝值。 dBm=10log10(P/0.001) P=VRMS2/RL 任意波形发生器的指标 输出信号带宽：表明能够输出的信号最高频率分量，常用输出的正弦波最高频率表示。 波形存储深度：表明任意波形发生器内部RAM的容量。 幅度分辨率：表明输出波形幅度的精密性或分辨能力。 频率分辨率：表征输出信号的最小频率。 采样速率：波形点输出的时钟频率也称采样率，即每秒能输出的最高“波形点数”，常用“Sa/s”表示。 调制