任意波形发生器的基本输出波形及其相关参数

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1、任意波形发生器的基本输出波形及其相关参数方浩深圳市鼎阳科技有限公司任意波形发生器的基本输出波形及其相关参数方浩深圳市鼎阳科技有限公司传统的函数发生器可以输出正弦波、方波、三角波等标准波形，但是在实际的测试场景中，为了模拟产品在实际使用过程中的复杂情况，往往需要人为地去制造一些“不规则”的波形，或者是在标准波形的基础上添加一些数量和类型已知的畸变，在这样的场景中，函数发生器已经无法满足要求，任意波形发生器因其能发出更多类型的信号而流行开来。任意波形发生器可以实现函数发生器能够实现的所有功能，能够输出包括正弦波，方波

2、，三角波，除此之外，还能输出脉冲，噪声以及DC直流等信号类型，支持调制信号(Modulation)，扫频信号(Sweep)和突发脉冲(Burst)的输出。当前市面上的多款任意波形发生器都标配了任意波形绘制软件，通过这个软件，理论上可以远程操控任意波形发生器输出所有在测试过程中需要的信号。那么，任意波形发生器可以输出哪些类型的波形呢？每种波形又有哪些参数可以自由设置？如何衡量输出波形的好坏？还需要进一步探讨。1.正弦波/余弦波图1正弦波/余弦波正弦波和余弦波是我们最熟悉的两种波形，它们伴随了我们整个求学生涯，根据我

3、们熟悉的概念，正弦波/余弦波可按下式定义。ftAcost（公式1）c0或：ftAsint（公式2）c0其中，A代表正弦波的幅度，代表角频率，与正弦波的周期和频率之间具有换算关系，代表初始c0相位，初始相位在一般的计算中可以略去。通过观察波形可以发现，正弦波和余弦波本质上是一致的，只是初始相位相差90°而已。0图2SDG2000X中的正弦波设置界面这三个参数体现在任意波形发生器上如图2所示。在任意波形发生器中可以设置与角频率相关的频c率和周期，它们之间的换算关系为:（公式3）

4、SDG2000X函数/任意波形发生器正弦波的频率最大可设置为120MHz，值得一提的是，任意波形发生器标称的最大输出频率指标，往往指的就是其正弦波输出的最大频率。在这个界面中还可以设置幅值A，在输出阻抗设置为“高阻”状态时，SDG2000X的最大输出幅度可达20Vpp。SDG2000X可以支持高电平和低电平分别可调，如图2所示，此时高电平设置为5V，低电平设置为-3V。初始相位可以点击【相位】菜单对应的按钮进行设置，初始相位可设置的范围介于-360°到+360°之间。从时域来看，正弦波和余弦波的参数和波形都相对简

5、单。但是，所有的电子设备都或多或少的存在失真，任意波形发生器也不例外，我们尝试着从频域来观察正弦波和余弦波。公式1代表的时域函数对应的傅立叶变换为：F（公式4）cc公式3代表的频谱图如下图所示：FCC图3cos频谱图观察图3的cos频谱图可以发现，正弦波/余弦波在频谱上可用单一谱线表示，因此又被称为“单音信号”。工程上由于电路的非线性等不理想特性，产生的正弦波往往不是理想的“单音”信号，而是会附带输出一些谐波和谐波以外的杂散，统称为“失真”。1.1谐波失

6、真谐波失真是信号的功率与最大谐波的功率的比值，通常单位为dB，如下图：FFundamentalHarmonicDistortion2nd3rd4th5th0f图4谐波失真示意图衡量谐波失真性能的另一个指标是总谐波失真（THD），指的是各次谐波（工程上通常取到6次）的幅度的均方根与信号幅度的比值，如公式5所示，通常用%表示。SDG2000X在输出0dBm,10Hz~20kHz的正弦波时，总谐波失真最大为0.075%。（公式5）1.2非谐波杂散非线性导致的失真除了谐波，还可能是一些其他频谱分量，如信号（或其谐波

7、）与时钟信号的交调产物，因此需要定义另外一个指标——非谐波杂散，来量度这些分量。杂散的大小通常用无杂散动态范围（SFDR）来表示（如图5），指的是信号功率和最大杂散功率的比值，单位通常用dB。注意有些地方对杂散的定义包括了谐波和非谐波杂散，但是在我们的任意波形发生器中，杂散仅仅指谐波以外的失真。图5SFDR示意图2.方波/脉冲3.图6方波/脉冲示意图方波的时域波形可以用下图表示：图7方波时域图在一个周期内方波的表达式为：T0,t,22ftA,t,（公式6）T22T0,

8、t22其中，T是方波的周期，是一个周期内高电平所占的时间长度。就是方波的占空比。T图8SDG2000X的方波设置界面在方波设置界面中，除了可以设置正弦波/余弦波可设置的全部参数，还增加了占空比设置的选项，但是，在任意波形发生器中，占空比的设置范围一般会受到频率设置的限制。公式6表达的ft实际上就是一个矩形函数，其频谱可表示为：T2AFTsi