信号源的类型

        真正的数字信号源主要用来驱动数字系统，其输出是二进制脉冲流，专用的数字信号源不能产生正弦波或三角形波。数字信号源的特性是为计算机总线需求和类似应用而优化的。这些特性包括了为加速码型开发的软件工具，以及为适应各种逻辑系列设计的探头等硬件工具。如前所述，从函数发生器到任意信号源到码型发生器，当前几乎所有高性能信号源都基于数字结构，可以进行灵活编程及提供杰出的精度。

模拟信号发生器和混合信号发生器的类型

任意波形发生器(AWG)

        在历史上，生成不同波形的任务一直通过不同的专用信号源完成，包括超纯音频正弦波发生器直到频率上GHz的RF 信号发生器。尽管有许多商用解决方案，但用户通常必须针对手边的项目定制设计或修改信号源。这样设计的信号源很难保证质量。而且，设计辅助测试设备需要时间，这将影响项目的进度。幸运的是，数字取样技术和信号处理技术为我们提供了一个解决方案，仅通过一种仪器-- 任意发生器，几乎满足了任何类型的信号发生需求。任意发生器可以分成任意函数发生器(AFG)和任意波形发生器(AWG)。

任意函数发生器(AFG)

        任意函数发生器(AFG)满足了广泛的激励需求；事实上，它是当前业内流行的信号源结构。一般来说，这种仪器提供的波形变化要低于同等的AWG，但它具有杰出的稳定性及对频率变化有快速响应能力。如果DUT 要求典型的正弦波和方形波(等等)及要求能够在两个频率之间几乎瞬时切换，那么任意函数发生器(AFG)就提供了这种能力。另一个特点是任意函数发生器的成本很低，因此对不要求AWG 通用性的应用极具吸引力。

        AFG 的许多功能与AWG 相同，但AFG 在设计上是一种专用性更强的仪器。AFG提供了独特的优势：它以标准形状精确、捷变地生成稳定的波形，特别是最重要的正弦波和方形波。捷变是指迅速干净地从一个频率变为另一个频率的能力。

        大多数AFG 提供了下列常用波形中的部分或全部：

1. 正弦
2. 方形
3. 三角形
4. 扫频
5. 脉冲
6. 倾斜
7. 调制
8. 半正矢

        尽管AWG 也可以提供这些波形，但当前的AFG 是为了改进对输出信号的相位、频率和幅度控制而设计的。此外，许多AFG 为调制来自内部来源或外部来源的信号提供了一种方式，这对某些类型的标准一致性测试至关重要。

        在过去，AFG使用模拟振荡器和信号调节技术生成输出信号。最新的AFG 依赖直接数字合成(DDS)技术，确定将样点读出内存的时钟速率。

        DDS 技术使用一个时钟频率，在仪器范围内生成任何频率，来合成波形。图15 概括了基于DDS的简化AFG结构。在相位累加器电路中，Delta ( △ ) 相位寄存器从频率控制器中接收指令，表示输出信号在每个后续周期中将增加的相位量。在现代高性能AFG 中，相位分辨率可以低达230，约等于1/1,000,000,000。

        相位累加器的输出作为AFG 波形内存部分的时钟。该仪器的操作方式几乎与AWG完全相同，但有一点明显的差异是，波形内存一般只包含少数基本信号，如正弦波和方形波。模拟输出电路基本上是一种固定频率的低通滤波器，保证了只有感兴趣的编程频率(没有时钟残留分量)从AFG 输出端送出。

        为理解相位累加器怎样生成频率，想象一下控制器向30位△相位寄存器发送一个值1。相位累加器的△输出寄存器将在每个周期中提升360 ÷ 230，因为360 度代表着仪器输出波形的一个完整周期。因此，△相位寄存器的值1在AFG范围内产生了最低的频率波形，至少要求2△增量才能产生一个周期。电路将保持在这一频率，直到△相位寄存器中加载一个新值。

        大于1的值将更迅速地通过360度，产生更高的输出频率(某些AFG 采用不同的方法：它们通过跳过某些样点，从而更快地读取内存内容，来提高输出频率)。唯一变化的是频率控制器提供的相位值，而根本不需要改变主时钟频率。此外，它允许从波形周期中的任何点上开始构建波形。

        例如，假设必需生成一个从周期正向部分峰值开始的正弦波。基本数学运算告诉我们，这个峰值发生在90度。因此：

230 增量= 360°；且90° = 360° ÷ 4; 则 90° = 230 ÷ 4

        在相位累加器得到相当于(230 ÷ 4)的值时，它将提示波形内存从包含正弦波正峰值电压的位置开始构建波形。典型的AFG仅在内存中存储少量的波形类型。一般来说，正弦波和方形波是许多测试应用使用最广泛的波形。某些AFGs 则是混合设备，其提供了精确、捷变的基于DDS的正弦波和方形波；而其它波形则使用比较传统的AWG技术生成。这是一种经济的解决方案，它通过最关键的功能实现了最高的性能。

        DDS 结构提供了杰出的频率捷变性，可以简便地对频率和相位变化进行在线编程，可以测试任何类型的FM DUT，如无线电和卫星系统元器件。如果具体的AFG 的频率范围足够大，它可以作为理想的信号源，测试FSK和跳频电话技术(如GSM)。

        尽管AFG不能和AWG一样生成几乎任何可以想象的波形，但AFG 可以生成世界各地的实验室、修理厂和设计部门中最常用的测试信号。此外，它提供了杰出的频率捷变性。更重要的是，AFG 通常是一种非常经济的测试方式。任意波形发生器(AWG)不管您希望获得精确的Lorentzian脉冲形状的数据流来检定磁盘驱动器，还是希望获得复杂的RF 调制信号来测试基于GSM 或基于CDMA 的电话手机，任意波形发生器(AWG)都可以生成您能够想象的任何波形。您可以使用各种方法，从数学公式到“画出”波形，生成所需的输出。

        从根本上看，任意波形发生器(AWG)是一种完整的回放系统，它根据存储的数字数据提供波形，这些数据描述了AC信号不断变化的电压电平。它是一种方块图看上去比较简单的工具。我们可以用人们熟悉的指标描述AWG概念，它很象一台唱片机，实时读出存储的数据(在AWG中读的是自己的波形内存；在唱片机中读的是唱片本身)。AWG 和唱片机都输出模拟信号或波形。

        为理解AWG，首先必需掌握数字取样的广义概念。顾名思义，数字取样使用样点或数据点定义一个信号，这些样点或数据点代表测量波形斜率的一串电压测量值。通过使用示波器等仪器实际测量波形，或通过使用图形或数学技术，可以确定这些样点。图16 (上图) 描述了一串样点。尽管曲线使其间隔似乎不同，但所有这些样点都是以统一时间间隔采集的。在AWG 中，取样的值以二进制形式存储在快速随机访问存储器(RAM)中。利用存储的信息，可在任何时间重建信号：将数据点读出，经DA 变换得到模拟阶梯波形。图16 (下图) 描述了结果。注意，AWG的输出电路将对DA 变换后的波形进行滤波，使它变得平滑。这样，DUT 不会把这些点“看作”离散的点，而是一条连续的模拟波形。

        图17 是实现这些操作的AWG 的简化方块图。AWG 提供了其它仪器几乎不能匹配的通用性。由于能够生成任何可以想象的波形，AWG 支持从汽车防抱死制动系统模拟直到无线网络压力测试等各种应用。