【知识点】函数信号发生器的设计思路及设计方法

1、理解函数信号发生器

信号发生器一般分为函数信号发生器和任意波形发生器，函数波形发生器在设计上又分为模拟和数字合成。 *、数字合成功能信号源在信号的频率、幅度甚至信噪比（S/N）方面都优于模拟数字信号发生器与函数发生器的比较，其锁相环（PLL）设计使得输出信号不仅有频率，还有相位抖动（phase jitter）。 Jitter）和频率漂移可以达到相当稳定的状态，但毕竟是数字信号源。数字电路与模拟电路之间的干扰总是难以有效克服，输出的小信号不如模拟功能信号。生成器。

换句话说，如果电容器用恒流源充电，则可以产生具有正斜率的斜坡。同理，使用恒流源对电容上存储的电荷进行放电，会产生一个负斜率斜坡，

占空比调整的设计有以下两种思路：

1、频率（周期）不变，但脉宽变化。方法如下：

通过改变电平的幅度，即改变方波发生电路比较器的参考幅度，可以达到改变脉冲宽度而不改变频率的特性，但其主要缺点是占空比不能调整到20.%以下，导致采样电路实验时瞬时信号采集到的信号发生变化。如果将该信号用于模数（A/D）转换，则得到的数字信号会发生变化而丢失。但不可否认的是，它更好用。

2、占空比改变，频率也随之改变。方法如下：

固定方波发生电路比较器的参考幅度（正负可以通过电路切换），改变充放电斜率来实现。

一般用户对这种设计的反应是“难以调整”，这是一个很大的缺点，但它可以产生小于 10% 的占空比，这是采样的最佳条件。

以上两种占空比调整电路设计思路各有优缺点。当然，它也会影响是否能产生“体面”的锯齿波。

下一个PA（功率放大器）设计。首先是使用运算放大器（OP），然后使用推挽放大器（注意防止交叉失真）将信号发送到衰减网络。这部分涉及到信号源输出信号的指标，包括信号源的信噪比、方波上升时间和频率响应，好的信号源当然是高信噪比的正弦波。噪声比、方波上升时间快、三角波线性度好、伏频特性好（即频率上升，信号不能衰减或降低太多），这部分电路比较复杂，尤其是在高频率方面，除了使用电容进行频率补偿外，还涉及到PC板的接线方式。如果不小心，很容易引起振荡。设计这部分电路，除了原有的模拟理论基础外，还需要有实践经验，少不了“Try Error”的耐心。

PA信号出来后，通过π型电阻衰减网络衰减10倍（20dB）或100倍（40dB）。至此，一个基本的函数波形发生器就完成了。 （注：使用π型衰减网络代替分压电路是为了保持输出阻抗恒定）。

一个强大的函数波形发生器，还有扫频、VCG、TTL、TRIG、GATE和频率计数器功能，这里顺便提一下它的设计方法：

1.扫频：一般分为线性（Lin）和对数（Log）扫频；

2. VCG：普通FM，输入一个音频信号，可以与信号源本身的信号产生频率调制；

上述两种设计方法中，第一项应先产生锯齿波和对数波信号，通过多路复用器（Multiplexer）选择第二项的输入信号，再经过电压电流转换电路，同步到图2中的I1、I2；

3. TTL同步输出：通过三极管电路将方波转换成0（Low）和5V（High）的TTL信号。

但要注意，这样的TTL信号必须经过缓冲门（buffer）才能输出，以增加扇出（Fan Out）的数量，有时会并联几个buffer。对于TTL INV，只需要加一个NOT Gate即可；

4. TRIG功能：类似于One Shot功能，输入一个TTL信号可以使信号源产生一段信号输出。设计方法是在没有信号输入时将图2中的SWI接地。 ;

5. Gate功能：输入一个TTL信号，让信号源在输入为Hi时产生波形输出，直到输入为LOW，图2中的SWI接地，信号源输出关闭;

6.频率计：除了市面上简单的表盘显示，无论是LED数码管还是LCD液晶显示频率，都与频率计电路重叠。

2.任意波形发生器，仿真实验的最佳仪器

任意波形发生器是一种信号源，它具有信号源的所有特性。我们传统上认为信号源主要是向被测电路提供所需的已知信号（各种波形），然后用其他仪器测量感兴趣的参数。可以看出，该信号源在电子实验和测试处理中不测量任何参数，而是根据用户的要求模拟出各种测试信号，提供给被测电路以满足测试需要。

信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫频发生器、任意波形发生器、合成信号源等。一般来说，任意波形发生器是一种特殊的信号源，它具有从其他信号源生成波形的能力，适用于各种仿真实验。

一、任意波形，模拟更复杂的信号要求

*，在我们实际电子环境中设计的电路运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路中经常会出现各种信号缺陷和瞬态信号，如过脉冲、尖峰、阻尼瞬态等，频率突变等（见图1，图2），其中一些情况如果在设计之初没有考虑到，将会产生灾难性的后果。如果给出抗震性较差的电路，可能会导致整个设备“烧毁”，通过确认电路对这种情况的敏感程度，我们可以避免不必要的损失，这在航空航天、军事、铁路和一些情况比较多的重要领域是需要的复杂性尤为重要。

由于任意波形发生器的特殊功能，为了增强任意波形的产生能力，往往依靠计算机通讯来输出波形数据。在计算机传输中，波形由波形编辑软件生成，有利于扩展仪器的能力，进一步模拟仿真实验。同时，由于编辑任意波形有时会耗费大量的时间和精力，而且每次编辑波形时，波形都可能不同。部分任意波形发生器内置非易失性存储器，可随机访问编辑波形数字信号发生器与函数发生器的比较，有利于参考比较；或通过随机接口通信传输到计算机进行进一步分析处理。

二、模拟基础实验室设计人员环境的功能函数

函数信号源是应用最广泛的通用信号源。它可以提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲串等波形，有的还同时具有调制和扫描能力。 *，在我们的基础实验中（如大学电子实验室、科研机构的研究实验室、工厂开发实验室等），我们设计了一个电路，为了验证它的可靠性和稳定性，我们需要将一个理想的波形应用到以辨别真伪。例如，我们可以利用信号源的直流补偿功能来控制固态电路的直流偏置电平；对于怀疑有故障的数字电路，我们可以将信号源的方波输出作为数字电路的时钟，同时使用方波加直流。补偿产生一个有效的逻辑电平模拟输出并观察电路的运行情况，同时验证缺陷的故障位置。总之，通过使用任意波形发生器的基本功能，您可以模拟您基础实验室所需的信号。

三、下载传输，进一步实时仿真

在一些军事、航空、交通制造等领域，一些电路的运行环境是难以估计的。实验设计完成后，还需要在真实环境中进行进一步的实验。一些实验成本高或有风险。人们不可能通过长期的实验来判断所设计产品（如高铁、飞机）的可行性和稳定性；我们可以利用一些任意波形发生器的波形下载功能，在做一些高成本或高风险的麻烦实验时，通过数字示波器等仪器实时记录波形，然后通过计算机接口传输到信号源，并直接下载到设计电路中。进一步的实验验证。

综上所述，任意波形发生器是电子工程师进行信号仿真实验的最佳工具。除了传统信号源的缺陷——频率精度、频率稳定性、幅度精度、信号失真，我们在购买时更要注意它的编辑和波形存活和下载能力，还要注意输出通道的数量为了同步比较两个信号的相移特性，进一步实现了仿真实验状态。