任意波形发生器介绍

1、 什么是任意波形发生器，与函数发生器的区别，如何产生任意波形信号，“任意”如何理解

2、 任意波形发生器的基本原理

答：以DDS技术为基础，通过改变DDS中的查找表的数据，来实现任意波形。根据所采用DDS的结构不同，采用DDFS结构的叫做函数/任意波形发生器，以Agilent的33250和Tektronix的AFG3000系列为典型代表，采用DDWS结构的叫做任意波形发生器，以Tektronix的AWG5000和AWG7000系列为代表

3、 任意波形发生器的形式

答：大体上分为两种——台式仪器和模块式仪器，台式仪器如Agilent的33250，33120，tektronix的AFG和AWG系列等，模块化仪器包括VXI、PXI、cPCI、LXI（部分LXI模块也提供键盘、显示，可划归为台式仪器）、USB接口模块仪器等

4、 任意波形发生器的结构，每部分的作用，完成的功能，以及相应的对外接口信号？

答：主要包括CPU模块、任意波形合成模块、模拟通道、电源四大组成部分

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显示 键盘 CPU 任意波形合成 模拟通道 程控接口 电源 1） CPU模块 a)

主控制器（包括单片机、ARM嵌入式处理器、PC机等，有板载CPU和非板载CPU之分，如台式仪器、VXI模块是板载CPU，而PXI模块是非板载CPU） b) c)

键盘模块（台式仪器所特有，包括功能键、数字键以及飞梭） 程控接口模块（一般为台式仪器特有，包括USB，LAN，GPIB，RS232等） d)

显示模块（一般为台式仪器特有，有些模块化仪器也提供VGA接口，支持外接显示器的功能）

2） 任意波形合成模块

时钟电路 调制 地址发生 存储器 DAC 触发 精彩文档

同步Marker 数据合成 实用标准文案

a) 时钟发生模块

 在参考时钟（一般为10MHz，其准确度决定了采样时钟及输出频率

的准确度）的作用下，产生波形DAC模块所需的采样时钟。如果为DDFS架构，采样时钟为固定频率，如果为DDWS架构，采样时钟为可变频率。

 提供外部参考时钟和内部参考时钟的切换功能（有两种方法，一种

是参考时钟内外源自动切换，当有外部参考时钟接入时，自动切换到外部参考时钟；一种是手动切换，并且当外部参考时钟超过一定范围时，自动切换到内部参考时钟）

 提供内/外部采样时钟的切换功能（不是所有的仪器都有，一般在高

档仪器上才有）

 提供仪器内部所需的一些时钟信号，如调制模块中ADC所需的采样

时钟、触发模块中所需的触发信号产生器的计数时钟等 思考： 1、为什么要提供外部采样时钟，作用是什么？

2、如何用参考时钟产生采样时钟？方法有哪些？

b) 地址产生模块——产生波形存储器模块所需的寻址信号

 累加器模块——对送入的频率控制字进行累加操作，产生相应的寻

址信号；累加器模块应提供清零信号输入，通过控制清零信号，可产生Burst调制波形输出  相位加法器模块

 频率控制字生成模块——产生累加器所需的频率控制字，可实现调

频、扫频、FSK调制

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 相位控制字生成模块——产生相位加法器所需的相位控制字，可实

现调相、PSK调制

 地址位数选择模块——选择输出地址的位数，一般来说，当任意波

形发生器工作在函数模式时，地址位数选择为16位，有利于在保证波形质量的前提下提供切换速度；当工作在任意波形模式时，将提供最大的地址输出能力（视存储容量而定）

c)

存储器模块

 存储器（目前一般采用ZBT SRAM，也有采用DDR SDRAM， QDR

SRAM或异步SRAM的），根据所要实现的采样率不同，也分为单片存储器和多存储器并行两种模式，具体参见多存储器并行任意波形合成技术

 存储器管理模块——负责管理存储器地址线、数据线、读、写、片

选等，注意任意波形的工作过程，1、由CPU将所需的波形数据写入波形存储器中，此时，存储器的地址、数据、写、片选都由CPU提供，读信号无效；2、地址产生模块提供地址信号连续读取存储器的波形数据，此时，存储器的地址由地址产生模块提供，读、片选均应一直使能，写信号无效，读取的数据送数据合成模块

d)

数据合成模块

 对存储器传入的波形数据进行处理后传送给波形DAC模块  处理包括调幅、数据插值（并串转换）等 e) f)

波形DAC模块 调制模块

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 产生内部调制时所需的调制波形数据（调频、调幅、调相和SWEEP

需要）

 对外部调制源送入的调制信号通过ADC进行采样，采样后产生相应

的调制波形数据  进行调制源选择

 产生Burst调制所需的清零控制信号 g)

触发模块

 产生内部触发信号

 对触发信号进行触发极性选择  进行触发源选择 h)

同步Marker模块

 产生同步Marker数字信号

 对产生的Marker数字信号进行幅度控制等 i)

方波产生模块

 在Stratix3及其以上的器件中实现，通过数字的方法产生占空比精

密可调的方波信号、脉宽精密可调的脉冲信号以及PWM调制波形信号

3） 模拟通道模块（根据模拟输出的指标不同而略有区别）

a) b) c)

滤波器模块 脉冲沿调整模块 幅度控制模块

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d) e) f)

衰减模块 放大模块 加偏模块

一、任意波形发生器的接口及指标 1、主输出：波形信号的输出

主要指标包括：

工作模式：连续、触发、门控、序列 输出特性：

输出样式：单端或差分 输出阻抗：50欧姆或75欧姆 输出幅度范围、分辨力、准确度 输出偏移范围、分辨力、准确度 输出波形种类、频率范围、频率准确度

输出正弦信号谐波失真、非谐波失真、SFDR、相位噪声 方波上升、下降时间、占空比、过冲

调制波形种类以及调制的参数（具体在调制部分再介绍） DAC垂直分辨位数 存储深度

2、时钟电路部分（通道共用）

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（1）内部参考输出：输出仪器内部晶振产生的参考时钟信号，该信号可用于同步多台任意波形发生器，或同步任意波形发生器和其它仪器。

（2）外部参考输入：接受一个来自外部的时钟信号，用于同步多台任意波形发生器，或同步任意波形发生器和其它仪器。 （3）内部采样时钟输出 （4）外部采样时钟输入

时钟指标主要包括：

输出电平/幅度、频率、阻抗、准确度、分辨力 输入电平/幅度范围、频率、阻抗 时钟源

3、（1）同步/marker输出（通道独立）

输出频率范围、频率分辨力、频率准确度、阻抗、电平/幅度范围、电平

准确度、电平分辨力、输出阻抗 （2）外部触发输入（通道共用）

输入电平/幅度范围、触发极性、触发脉冲最小宽度、触发电平调节范围、

分辨力、准确度、输入阻抗

5、 外部调制输入

输入信号幅度范围、频率范围、带宽、输入阻抗

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6、 其它指标

内部触发发生器的频率范围、分辨力、准确度、触发延迟 仪器尺寸、显示器尺寸 电源——交流、直流、功耗等 程控接口——USB、LAN…… 电磁兼容特性 环境适应性 注意：

（1）输入信号的频率范围、电压范围、输入阻抗 （2）输出信号的频率范围、电压范围、输出阻抗 （3）参考时钟、采样时钟和数据时钟的区别：

参考时钟：即基准时钟，通过频率合成可得到所需的采样时钟和数据时钟。 采样时钟：波形DAC的采样时钟。

数据时钟：波形存储器、地址发生器的同步时钟

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