2021年06月16日 | 生成复杂波形的四种方法 - 了解所见及所得的波形生成功能

成信号以便对电气设计或系统进行表征、 测试或故障诊断可能会单调乏味且耗时。 因此，我们的专家提出了四个秘诀， 帮助您更高效地生成简单或复杂的波形。

了解所见即所得的波形生成功能

方法一 从纯正弦波开始

检查波形发生器输出的清晰度

在制作软饮或啤酒等饮品时，纯水无可替代，因为几乎不可能从最终产品中去除杂质。同样，在创建放大、混合或调制信号的电路时，使用具有低谐波失真的纯正弦波来对电路进行测试很有意义。在对设计进行故障诊断以确定错误来源，特别是对发射机、接收机和锁相环进行故障诊断时，使用具有最干净输出的波形发生器将会大有帮助。

利用频谱分析仪检查波形发生器的噪声电平时，首先要看波形发生器的带宽。查看带宽是否指定为 3 db 点，发生器是否可以按照指定带宽输出正弦波甚至是方波。噪声通常用总谐波失真来表示，即基频中的能量与谐波或相关频率中所有能量之和的比率。图 1 是利用 Keysight Trueform 波形发生器生成的噪声（0.04 THD）。从频谱分析仪中获取的屏幕截图显示，基频是 10 MHz（最高峰值），谐波（较小峰值）出现在了基频的偶数倍。

布线也会对噪声产生重大影响。务必使用高品质的电缆和连接器，以便只为电路提供所需的信号。双屏蔽同轴电缆可以很好地避免把不需要的信号耦合到源信号中。与源、电缆和电路匹配的阻抗可以消除反射，使传输的功率得以最大化。

图 1. Trueform 波形发生器的频谱纯度。本例中，噪声小于 0.04 THD。

方法二 生成基本脉冲或可变边沿脉冲

如何利用价格经济的波形发生器创建脉冲

您可以使用相对经济的波形发生器代替专用脉冲发生器来生成触发信号和时钟信号，以及进行逻辑控制。在设计控制电路时，可以将波形发生器用作外部源来触发延迟，并轻松更改触发之间的延迟。以下是用波形发生器生成脉冲的三种技巧。

方波：您可以通过改变方波的占空比来创建脉冲，占空比通常在 20% 到 80% 之间。如果需要更高或更低的占空比，请使用猝发模式，该模式能让您输出单个周期（脉冲）的方波，并指定发送下一个脉冲前的等待时间。

任意波形：如果需要各种自定义脉冲和码型，您可以使用具有灵活的任意 波形功能的波形发生器，来定义不同的形状和参数。如需获得最佳的时间分辨率，请使用尽可能多的点来描述脉冲。Keysight BenchVue 函数发生器控制和自动化 PC 软件可以更简单地创建自定义任意波形。

脉冲模式：许多具有内置脉冲功能的、较新的波形发生器，如 Keysight Trueform 波形发生器，为您提供了一种简单、灵活的脉冲生成方式。利用这种发生器，只需指定脉冲几个的主要参数：周期、脉冲宽度上升和下降时间。在这三种情况下，您都可以使用猝发模式来输出多个周期（N 周期猝发），从而创建更长、更复杂的脉冲序列。如果外部选通信号可用，它还可以与触发延迟和猝发模式一起使用，以创建精确的触发信号。Keysight 33600 Trueform 波形发生器可以生成上升/下降时间最快可达 3 ns，抖动低于 1 ps 的脉冲。

方法三 生成多音频信号

使用加性噪声，测试实际操作条件下器件对噪声的抗扰度

上面的迹线是干净的信号。中间的绿色迹线是要添加的噪声，其振幅可以远远小于干净信号的振幅。下面的迹线显示了两种信号的总和。

将两个信号合二为一

多音信号是几个正弦波或音调的叠加，它们各自具有不同的振幅、相位和频率。由于能够快速、高效地在电路或系统的整个带宽上施加激励，它们已被应用在许多测试规范中。它们还可针对给定的频率来确定某个器件的频率响应，或者执行其他测量，比如测量互调失真。美国的拨号音是由 350 Hz 和 440 Hz 音调组成的多音信号。

创建多音信号有以下两种方法：

第 1 种方法：串联两台或多台正弦波发生器，并将它们的幅度合并生成单个波形。这些发生器需要有相同的时钟源和相位控制来同步波形。

第 2 种方法：以数学方式创建波形，并将其下载到一台任意波形发生器上。可以创建覆盖整个测试长度的单个任意波形；或者非常精确地创建一段波形，使其能在没有任何异常的情况下进行重复。

使用双通道波形发生器，以便按照上述第 1 种方法将两个通道合并到一起。Keysight Trueform 波形发生器能够保持信号和相位的同步，并在 同时生成双音信号。它们具有独特功能，可将多个信号合并到单个通道上，无需使用第二个通道，也无需创建任意波形。利用 Trueform 波形发生器，可以直接从前面板创建复杂的多音信号。

方法四 生成定制任意波形

使用排序创建自定义“混合”

任意波形或自定义波形通常由具有一个振幅列表的波形发生器来创建。一旦发生器执行到列表结尾处，它会从头开始再次播放该列表。最常见的波形发生器使用 DDS 技术，能够根据需要跳过某些频率点。信号的复杂性会受采样率和存储器深度的限制。

复杂的通信信号，比如用于机器人或汽车应用的信号，通常不会重复数秒钟。您可以利用具有极深存储器的发生器来生成单个长波形，或者将其划分为更 小的波形段。用于机器人应用时，可以把同一信号重复 1000 次来驱动一个动作，但在重复时使用不同的开头（用于加速）和不同的结尾（用于减速）。 分段方法具有多种优势：设置更简单，使用的内存更少，并且更容易修改。例如，您可能对提速和驱动段感到满意，只是想修改减速段。

任意波形也常用于引入瞬态或压降，来测试电路对不频繁事件的反应。设计不佳的电路可能会在压降时闭锁或复位。分段可简化引入独特周期或改变好坏周期比的过程。

波形排序能大幅提高测试效率。从几个任意波形开始，通过改变每个分段的循环次序和循环次数，排序可以用来创建非常多的组合。您可以使用Trueform 波形发生器轻松创建任意波形。使用 Trueform 发生器的话，排序可以包含多达 512 个步骤。您可以将总共 32 个序列、多达 1,024 个分段预先载入发生器的易失性存储器中，以提高吞吐量。

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获得 Trueform 发生器的优势

许多波形发生器采用了直接数字合成（DDS）技术，该技术使用固定时钟来仿真信号。固定时钟方法会增加或减少信号中的点，以便满足固定的时钟速率，并可能生成与您的预期不同的信号。与之相比，Trueform 波形发生器采用专有技术打造而成，它可以完全按照您的设计来播放信号中的每个点。