原標(biāo)題：信號(hào)發(fā)生器基礎(chǔ)知識(shí)

信號(hào)發(fā)生器是電子測試與測量中的核心設(shè)備，用于生成各種波形信號(hào)（如正弦波、方波、脈沖波等），廣泛應(yīng)用于電路調(diào)試、通信系統(tǒng)測試、設(shè)備校準(zhǔn)等領(lǐng)域。以下從核心原理、分類、性能指標(biāo)、應(yīng)用場景四個(gè)維度展開，結(jié)合實(shí)際案例說明其技術(shù)要點(diǎn)。

一、信號(hào)發(fā)生器核心原理

1. 信號(hào)生成方式

• 直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)

• 原理：通過高速DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）將數(shù)字波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，結(jié)合相位累加器實(shí)現(xiàn)頻率控制。

• 優(yōu)勢：頻率分辨率高（可達(dá)μHz級(jí)）、切換速度快（μs級(jí)）、相位連續(xù)性好。

• 應(yīng)用：高頻通信測試、精密儀器校準(zhǔn)。

• 模擬振蕩器技術(shù)

• 原理：基于LC諧振、RC振蕩或晶體振蕩器生成信號(hào)，通過模擬電路調(diào)節(jié)頻率與幅度。

• 優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但頻率分辨率與穩(wěn)定性較差。

• 應(yīng)用：低頻教學(xué)實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)電路調(diào)試。

2. 關(guān)鍵信號(hào)參數(shù)

• 頻率：信號(hào)周期的倒數(shù)（Hz），決定信號(hào)的周期性。

• 幅度：信號(hào)的電壓或電流大小（Vpp、dBm）。

• 相位：信號(hào)相對(duì)于參考點(diǎn)的角度偏移（°或rad）。

• 調(diào)制：將低頻信號(hào)（如音頻）疊加到高頻載波上（AM、FM、PM）。

二、信號(hào)發(fā)生器分類與對(duì)比

根據(jù)功能、頻率范圍與輸出類型，信號(hào)發(fā)生器可分為以下類型：

典型產(chǎn)品對(duì)比

• 函數(shù)發(fā)生器（如Keysight 33500B）：

• 頻率范圍：1μHz~30MHz

• 波形：正弦、方波、三角波、噪聲

• 優(yōu)勢：性價(jià)比高，適合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

• 任意波形發(fā)生器（如Tektronix AWG70000）：

• 采樣率：50GS/s，垂直分辨率16bit

• 支持自定義波形導(dǎo)入（如MATLAB生成）

• 優(yōu)勢：高精度，適合復(fù)雜信號(hào)仿真

三、核心性能指標(biāo)解析

1. 頻率范圍與分辨率

• 頻率范圍：設(shè)備可輸出的最低與最高頻率（如1Hz~100MHz）。

• 頻率分辨率：最小可調(diào)頻率步進(jìn)（如1μHz），DDS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)極高分辨率。

2. 幅度精度與穩(wěn)定性

• 幅度精度：輸出信號(hào)幅度的誤差（如±1%）。

• 穩(wěn)定性：長時(shí)間運(yùn)行下幅度與頻率的漂移（如±0.1ppm/h）。

3. 調(diào)制功能

• AM/FM/PM調(diào)制：支持模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制（如QPSK、OFDM）。

• 脈沖調(diào)制：可調(diào)節(jié)脈沖寬度、占空比與上升/下降時(shí)間。

4. 輸出阻抗與通道數(shù)

• 輸出阻抗：通常為50Ω（匹配射頻系統(tǒng)）或高阻（適合音頻測試）。

• 通道數(shù)：單通道、雙通道或多通道同步輸出（如相位同步測試）。

四、實(shí)際應(yīng)用案例與工具選擇

1. 基礎(chǔ)電路調(diào)試（函數(shù)發(fā)生器）

• 場景：測試放大電路的頻率響應(yīng)。

• 操作：

1. 設(shè)置函數(shù)發(fā)生器輸出1kHz正弦波，幅度1Vpp。

2. 連接至放大電路輸入端，用示波器觀察輸出波形。

3. 逐步增加頻率至1MHz，記錄增益變化，繪制頻響曲線。

2. 通信系統(tǒng)測試（射頻信號(hào)發(fā)生器）

• 場景：測試5G基站的接收靈敏度。

• 操作：

1. 設(shè)置射頻信號(hào)發(fā)生器輸出28GHz CW信號(hào)，功率-30dBm。

2. 啟用QPSK調(diào)制，符號(hào)率100MS/s。

3. 連接至基站接收端，用頻譜分析儀監(jiān)測誤碼率。

3. 高速ADC測試（脈沖信號(hào)發(fā)生器）

• 場景：驗(yàn)證12位ADC的線性度。

• 操作：

1. 設(shè)置脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出100MHz脈沖，上升時(shí)間<100ps。

2. 調(diào)節(jié)幅度從0V至滿量程（如2Vpp），步進(jìn)10mV。

3. 采集ADC輸出數(shù)據(jù)，繪制輸入-輸出曲線，計(jì)算INL/DNL誤差。

五、信號(hào)發(fā)生器選購建議

1. 明確需求：

• 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：選擇函數(shù)發(fā)生器（如Rigol DG1022Z）。

• 通信測試：選擇射頻信號(hào)發(fā)生器（如Keysight N5182B）。

• 高速仿真：選擇任意波形發(fā)生器（如Tektronix AWG5208）。

2. 關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比：

• 頻率范圍：覆蓋測試需求（如射頻測試需≥6GHz）。

• 調(diào)制功能：支持測試協(xié)議（如5G NR、Wi-Fi 6）。

• 輸出通道：多通道同步輸出需求（如MIMO系統(tǒng)測試）。

3. 預(yù)算與品牌：

• 入門級(jí)：Rigol、Siglent（性價(jià)比高，適合教學(xué)）。

• 高端級(jí)：Keysight、Tektronix（高精度，適合科研與工業(yè)）。

六、直接結(jié)論：信號(hào)發(fā)生器技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)

1. DDS技術(shù)是主流：高頻、高分辨率、快速切換，適合現(xiàn)代通信測試。

2. 任意波形發(fā)生器是趨勢：支持復(fù)雜信號(hào)仿真，滿足雷達(dá)、激光雷達(dá)等需求。

3. 調(diào)制功能是關(guān)鍵：AM/FM/PM與數(shù)字調(diào)制能力決定測試靈活性。

4. 選購需匹配應(yīng)用場景：頻率范圍、通道數(shù)、預(yù)算是核心決策因素。

總結(jié)：信號(hào)發(fā)生器是電子測試的核心工具，其技術(shù)發(fā)展從模擬振蕩器到DDS技術(shù)，功能從基礎(chǔ)波形生成到復(fù)雜信號(hào)仿真。掌握其分類、性能指標(biāo)與應(yīng)用場景，可高效完成電路調(diào)試、通信測試與高速信號(hào)分析任務(wù)。