上升沿什麼意思

訊號源的使用方法_泰克代理商

在電子測試和測量中，經常要求訊號源，生成只有在外部提供時才會有的訊號。訊號源可以提供“已知良好”的訊號，或者在其提供的訊號中新增可重複的數量和型別已知的失真（或誤碼）。這是訊號源大的特點之一，因為僅使用電路本身，通常不可能恰好在需要的時間和地點建立可預測的失真。從設計檢驗到檢定，從極限和餘量測試到一致性測試，訊號源可以用於數百種應用。

因此，有多種訊號源結構可供選擇也就不足為奇了，而每種結構都有各自的優點、功能和經濟性，適用於特定的用途。在本文中，我們將比較兩種訊號發生結構：一種用於任意波形/ 函式發生器中，一種用於任意波形發生器中。選擇結果在很大程度上取決於應用。

瞭解訊號發生方法

任意波形/ 函式發生器（AFG）透過讀取記憶體的內容，來同時建立函式波形和任意波形。大多數現代AFG 採用直接訊號合成（DDS）技術，在廣泛的頻率範圍上提供訊號。

任意波形發生器（AWG）基於真正可變時鐘結構（通常稱為“ 真正的arbs*1”），適用於在所有頻率上生成比較複雜的波形。AWG 也讀取記憶體的內容，但其讀取方式不同（後面進行了介紹）。處理先進通訊和計算單元的設計人員選擇AWG，驅動採用複雜調製和帶有異常事件的高速訊號。結果，AWG 佔據了研究、開發和工程應用的高層。

這兩種結構在波形生成方法上有著很大差異。本技術簡

介討論了基於可變時鐘的任意波形發生器和基於DDS的任意波形/ 函式發生器之間的差別。

透過前面板：比較兩個平臺

AWG：概念簡單，靈活性大

儘管AWG 在這兩種結構中更加靈活，但AWG 的底層波形生成技術非常簡明。AWG的播放方案可以視為“反向取樣”。

這是什麼意思呢？看一下訊號取樣平臺—— 示波器，它透過在連續時點上數字化模擬訊號的電壓值，來採集波形，其取樣頻率取決於使用者選擇的時鐘速率。得到的樣點儲存在記憶體中。

AWG的流程相反。AWG開始時波形已經在記憶體中。波形佔用指定數量的記憶體位置。在每個時鐘週期中，儀器從記憶體中輸出另一個波形樣點。由於代表波形的樣點數量是固定的，因此時鐘速率越快，讀取記憶體中波形資料點的速度越快，輸出頻率越高。換句話說，輸出訊號頻率完全取決於時鐘頻率和記憶體中的波形樣點數量*2。圖1 中簡化的方框圖概括了AWG 結構。

AWG 的靈活性源自其記憶體中儲存的波形。波形可以採取任何形狀；它可以有任意數量的畸變，或根本沒有畸變。在基於PC 的工具的幫助下，使用者可以開發人們想得到的幾乎任何波形（在物理限制內！）。可以在儀器能夠生成的任何時鐘頻率上，從記憶體中讀取樣點。不管時鐘是以1 MHz執行還是以1 GHz執行，波形的形狀相同。

*1 工程師通常使用“arb” 來指任何型別的任意波形發生器。

*2 當然任何AWG 型號都有大記憶體容量。波形佔用的深度可能要小於全部容量。

AFG 在高頻中採取高效的快捷方式

AFG也使用儲存的波形，作為輸出訊號的基礎。其樣點讀數中涉及時鐘訊號，但結果類似。

AFG 的時鐘以某個固定速率執行。由於波形樣點的數量在記憶體中也是固定的，因此AFG 怎樣才能在變動頻率上提供波形呢？例如，想象一下您正在使用一部AFG，它儲存由1000 個樣點組成的波形，以1 MHz 的固定速率輸出。輸出訊號的週期將恰好固定在1 ms （1kHz）。很明顯，單頻訊號源在大多數應用中用途有限。因此，DDS 技術提供了一個解決方案。基於DDS的儀器不讀取每個樣點，而是讀取不到1000 個樣點，來重建波形。

典型的簡化的AFG 結構，其中包括DDS 段。輸出訊號由時鐘、代表相位值的儲存的二進位制數字及波形記憶體的內容構成。

如前所述，AFG保持固定的系統時鐘頻率。360度時鐘週期分佈在所有波形樣點中，DDS 段根據波形長度及使用者選擇的頻率自動確定相位增量。

高頻設定會導致大的相位增量，使AFG 在透過360 度週期時迅速向前跳，提供高頻訊號。低頻值導致小的增量，觸發相位累加器以較低的步長步進透過波形樣點，

甚至會重複各個樣點，構成360度，生成頻率較低的波形。

這一決策背後的數學運算超出了本文的討論範疇。可以這樣講，AFG根據自己的內部演算法跳過選擇的波形資料點。由於相位增量方法，它並不是在每個週期中一直跳過相同的樣點數。AFG為生成變化的波形和頻率提供了一種快捷方式，但終使用者不能控制跳過哪些資料點。

這必然對輸出波形保真度造成一定的影響。具有連續形狀的波形（正弦、三角形等等）通常不是問題，但可能會影響當前數字環境中常見的帶有快速轉換的訊號，如脈衝和瞬變。例如，假設在新的電信交換機元件上進行極限測試。測試波形是一串二進位制脈衝，其中一個脈衝在上升沿上有一個瞬變。在某些頻率上，DDS相位增量可能會剛好跳過瞬變，而不會作為訊號的一部分在時鐘中輸出瞬變。對被測器件（DUT），訊號類似於沒有干擾的脈衝流，由於缺少任何實際“極限”，這種極限測試是無效的。

AFG結構的實現成本要低於全功能AWG工具集。結果，它非常經濟，可以供各個工程師和科研人員使用。此外，AFG擁有某些獨有的效能優勢。部分領先型號擁有任何波形發生平臺中優秀的頻率捷變性，即能夠在不同頻率之間平滑切換，而不會在訊號中產生不連續點。

表1 概括了AFG 平臺和AWG 平臺的時鐘和記憶體特點。

深入細節

為更好地比較AWG和AFG結構，我們將進行簡單的“案例分析”。我們將考察這兩個平臺處理定義輸出波形的樣點的方式。

這一比較涉及三種儀器：大取樣速率1 GS/s的AFG；大取樣速率1 GS/s的AWG #1；大取樣速率2 GS/s 的AWG #2。

我們的目標是在3 MHz - 20 MHz 的頻率範圍內生成一個正弦波。這兩臺AWG和AFG都在100點的取樣記憶體中裝有一個正弦波週期。圖3顯示了這三個平臺的特點怎樣影響其任務處理方式。

這三種工具都以1 GS/s 的取樣速率讀取100 個點，生成10 MHz 正弦波（圖3 中的中間行）：

AFG 的DDS 單元收到命令，在輸出上提供10 MHz，它計算出1 GS/s 時鐘每擺動一下增加1 個點。它接觸到100 個樣點中的每個點。

兩個AWG中的時鐘都被手動設定為1 GS/s，它們也讀取100 個點，生成10 MHz 波形。

在把輸出頻率設為3 MHz （底部行），其方法出現分歧：

AFG 的時鐘仍以1 GS/s 的固定速率執行。但現在，DDS把增量自動設成時鐘每擺動一下0。3個點；也就是說，各個資料點重複三次或四次。

兩個AWG中的時鐘頻率必須手動降到300 MS/s。時

鍾現在更慢地讀過樣點，生成3 MHz 的輸出頻率。

現在，輸出頻率必須提高到20 MHz。這三個平臺以不同方式迎接這一挑戰：

AFG 的DDS 單元把取樣增量設為兩個樣點。它每隔一個樣點讀取一個樣點，共使用50個點定義波形。其長度只是讀取100個點的一半。結果是一個20 MHz輸出訊號。

與所有AWG 在任何頻率設定上一樣，AWG #1 時鐘每擺動一下讀取一個樣點。但是，由於其大取樣速率是1 GS/s，因此它不能在50 ns 的20 MHz 正弦波週期中讀取100個點。因此，必須透過使用者故意干預，把儲存的波形影象下降到總共50 個點。結果是一個20 MHz 輸出訊號。

它提供了多種軟體工具，在要求時幫助使用者編輯樣點數量，某些儀器為此提供了內建功能。在使用外部工具時，必須把修改後的波形重灌到AWG 中。

AWG #2時鐘每擺動一次讀取一個樣點，但時鐘速率翻了一倍，提高到2 GS/s。儀器讀取100 點記憶體的速度提高了一倍。結果是一個20 MHz 輸出訊號。

乍一看，似乎AWG #1限於與AFG相同的波形解析度，但有一個關鍵區別。在20 MHz的輸出頻率上，AWG讀取正弦波中50 個點的每個點。AFG 跳過樣點。

AWG讀取每個點（紅色或黑色），而不管輸出頻率的設定是多少。如果輸出頻率設為10 MHz，AWG 讀取25 個點。如果設為20 MHz，AWG仍讀取25個點。如果AWG內部的大時鐘速率沒有足夠高，透過讀取所有樣點來生成希望的頻率，那麼可以降低點數。假設使用者在削減AWG 的樣點數量時保留希望的波形特點，儀器將在每個週期中可靠地提供一個毛刺。

現在看一下AFG。如果輸出頻率設為10 MHz，它讀取每個點。如果設為20 MHz，它會每隔第二個點讀取一個點。這些DDS 點用紅色顯示。注意，AFG 完全繞過毛刺。它剛好跳過定義跌落的那個樣點。波形輸出為一個清楚的正弦波。被測器件沒有收到畸變。

生成偽隨機碼流（PRBS）碼型

在使用基於DDS的AFG及固定取樣速率生成偽隨機碼流（PRBS）碼型時，抖動是一個問題。簡單地說，AFG一般對快速變化的脈衝上升沿和下降沿應用相當於抖動的一個相同週期*3。例如，如果AFG的取樣速率是250MS/s，那麼訊號邊沿上將出現4 ns 的抖動。抖動值與AFG 的取樣週期相同。

之所以出現抖動，是因為AFG擁有固定的取樣速率，其不是資料速率的倍數。AWG則沒有這種限制（儘管任何實際環境訊號源都會產生某些抖動）。

優點/ 缺點

工具的終選擇總是取決於應用。使用者總是面臨著“好大喜功”的問題，這在取樣速率和記憶體深度中意味著大的數字。而聰明的使用者則會根據應用的實際訊號要求來作出選擇。

例如，某些中檔AFG 提供了1 GS/s 的取樣速率，某些同類AWG 則只提供了600 MS/s 的取樣速率。但當應用要求在廣泛的頻率範圍上可靠地提供小訊號細節時，好選擇AWG，因為AWG 讀取儲存的波形上的每個樣點，可以保證準確地復現瞬變、邊沿上升時間、甚至噪聲效應。

此外，AWG 還適合為低抖動數字波形提供訊號，如偽隨機碼流（PRBS）。這使其成為許多序列匯流排測試應用的佳解決方案。

AWG 不可避免也有一些缺點。如前面所述的AWG#1，編輯樣點數、以提高輸出頻率不象AFG改變一個設定、進而改變頻率那樣方便。

由於AWG結構在所有通道中依賴一個可變主時鐘，因此在多條通道中同時生成不同頻率要求在每條通道後面儲存一個不同的波形檔案。

例如，如果需要從通道1 中生成一個10 MHz 正弦波，同時從通道2 中生成一個20 MHz 正弦波，那麼通道2的波形記憶體必須載入兩個週期。所以，在時鐘步進透過記憶體時，對通道1 中的每一個週期，通道2 中會出現兩個週期，使輸出頻率翻一番。當不同頻率不是基本頻率的倍數時，這一過程會變得更加複雜。

AFG提供了一套不同的優勢。其相噪指標和頻率捷變一般要優於AWG。在某些領先的AFG 型號中，每條通道中的DDS單元獨立操縱主時鐘，從而可以簡便地一次提供多個頻率。此外，AFG通常是各種選項中經濟的解決方案。任意函式發生器已經成為通用訊號源的支柱。

AFG不太適合要求低抖動和非常窄的瞬變的應用。該平臺不適合PRBS應用，因為其輸出波形本身的抖動較高，會導致DUT接收單元發出錯誤響應。對要求可預測的訊號失真的極限測試，AFG跳過樣點的技術會在某些頻率上產生誤導結果。

北京凡實測控代理普源代理商、泰克代理商、是德代理商、安捷倫代理商、固緯代理商、橫河代理商、泰克示波器、安捷倫示波器、示波器等品牌產品。公司業務涉及產品銷售、維修、租賃和系統整合，產品報價低，品質保證，公司具有完善的售前售後服務和技術團隊。

本文版權歸北京凡實測控技術有限公司所有，轉載請註明出處。