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信号源基础知识 扫频信号源

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扫频信号源(信号源基础知识)
1.了解函数信号发生器 。
信号发生器一般分为函数信号发生器和任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又分为模拟和数字合成 。众所周知，数字合成函数信号源在频率、幅度甚至信噪比方面都优于模拟信号 。其锁相环(PLL)的设计使得输出信号不仅频率精确，而且相位抖动和频率漂移稳定 。但它是数字信号源，数字电路和模拟电路之间的干扰总是难以克服，导致小信号的输出不如模拟功能信号 。
谈模拟函数信号源，结构图如下:
这是一般模拟函数信号发生器的结构，它是基于三角波产生电路，通过二极管组成的正弦波整形电路产生正弦波，通过比较器的比较产生方波 。
以及三角波是如何产生的，公式如下:
【信号源基础知识 扫频信号源】换句话说，如果电容由恒流源充电，可以产生正斜率的斜波 。类似地，利用右侧的恒流源对存储在电容中的电荷进行放电，会产生一个具有负斜率的斜波 。电路结构如下:
当I1 =I2时，可以产生对称的三角波；如果I1 >>I2，就会产生负斜率的锯齿波；类似地，I1
如图2所示，选择开关SW1可以倍数改变充电速度，即改变信号的频率，这是信号源面板上频率档的选择开关 。同样，同步改变I1和I2也可以改变频率，就是信号源上的电位器来调节频率 。它只需要简单地将原始电压信号转换成电流 。
空的比率调整的设计有以下两个思路:
1.频率(周期)恒定，脉冲宽度变化 。该方法如下:
改变电平的幅度，即改变方波产生电路的比较器的参考幅度，可以实现改变脉冲宽度而不改变频率的特性 。但其主要缺点是空的比值一般不能调整到20%以下，导致采样电路实验时从瞬时信号采集的信号发生变化 。如果该信号用于模数(A/D)转换，则数字信号将无任何变化地改变 。但不可否认，在使用上更胜一筹 。
2.当空的比值变化时，频率也相应变化 。该方法如下:
可以通过固定方波产生电路的比较器的参考幅度(正负可以通过电路切换)和改变充放电斜率来实现 。
一般用户对这个设计的反应是“难调”，这是一个很大的缺点，但是可以产生10%以下的空的比值，这是采样时的必要条件 。
空的比值调节电路的以上两种设计思路各有利弊，当然也影响着能否产生“像样”的锯齿波 。
接下来，PA(功率放大器)的设计 。先用运算放大器(OP)，再用推挽放大器(注意防止交叉失真)把信号送到衰减网络 。这部分涉及信号源的输出信号指标，包括信噪比、方波上升时间、信号源的频率响应 。当然，好的信号源，正弦波信噪比高，方波上升时间快，三角波线性度好，伏频特性好，(即频率上升时信号不能衰减或降低太多) 。这部分电路比较复杂，尤其是高频时，除了用电容进行频率补偿外，还涉及到PC板的布线方式，一不小心就容易引起振荡 。如果要设计这部分电路，除了原有的仿真理论，还需要有实践经验 。"
PA信号出来后，通过π型阻性衰减网络衰减10倍(20dB)或100倍(40dB)，一个基本的函数波形发生器已经完成 。(注:选用π型衰减网络代替分压电路，保持输出阻抗恒定) 。
一个功能强大的函数波形发生器，包括扫频、VCG、TTL、TRIG、GATE、频率计等 。，这里也顺便提一下它的设计模式:
1.扫频:一般分为线性(Lin)和对数(log)扫频；
2.VCG:一般的FM，输入一个音频信号，就可以和信号源本身的信号产生调频；
在上述两种设计方法中，第一种是产生锯齿波和对数波信号，然后通过多路复用器将其与第二种的输入信号一起选择，再通过电压电流转换电路将其同步加到图2中的I1和I2上；
3.TTL同步输出:通过三极管电路将方波变成0(低)和5V(高)TTL信号 。
但是，请注意，这种TTL信号只能在通过缓冲门后输出，以增加扇出数 。通常，几个缓冲器并联连接 。TTL INV只需要加一个非门；
4.触发功能:类似于单次触发功能，当输入一个TTL信号时，信号源可以产生一个周期性的信号输出 。设计方法是在无信号输入时，将图2中的SWI接地；
5.门功能:输入一个TTL信号，使信号源在输入为Hi时产生波形输出，直到输入为低，图2中的SWI接地，信号源输出关闭；
6.频率计:市场上除了简单的表盘显示，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 。框图如下:
2.任意波形发生器，模拟实验的最佳仪器 。
任意波形发生器是信号源的一种，具有信号源的所有特性 。传统上，我们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，在电子实验和测试处理中，信号源不测量任何参数，而是根据用户要求模拟各种测试信号，提供给被测电路，满足测试要求 。
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、扫描发生器、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，具有其他信号源的波形产生能力，因此适用于各种仿真实验 。
1.函数Function，模拟基础实验室设计师的环境 。
函数信号源是应用最广泛的通用信号源 。可提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲串等多种波形，部分同时具备调制和扫描能力 。众所周知，在我们的基础实验中(如大学电子实验室、科研机构研究实验室、工厂开发实验室等 。)，我们设计了一个电路，需要验证它的可靠性和稳定性，所以需要给它施加一个理想的波形来鉴别真伪 。比如我们可以利用信号源的DC补偿功能来控制固态电路的DC偏置电平；我们可以利用信号源的方波输出作为怀疑有故障的数字电路的时钟，同时利用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模拟输出，观察电路的运行情况，确认故障缺陷 。简而言之，使用任意波形发生器的基本功能就可以模拟出你基本实验室所必需的信号 。
第二，任意波形，模拟更复杂的信号要求 。
众所周知，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，实际电路往往会出现各种信号缺陷和瞬态信号，如过脉冲、尖峰、阻尼瞬态、频率突变等 。(参见图1和图2) 。如果在设计之初没有考虑到这些情况，有些会造成灾难性的后果 。比如图1中A处的尖峰脉冲，如果给一个抗冲击能力差的电路，可能会导致整个设备“烧坏” 。通过确认电路对这种情况的敏感性，我们可以避免不必要的损失 。这一要求在航空航天、军事、铁路以及一些情况复杂的重要领域尤为重要 。
由于任意波形发生器的特殊功能，为了增强任意波形产生的能力，往往依靠计算机通信来输出波形数据 。在计算机传输中，波形由专门的波形编辑软件生成，有利于扩展仪器的容量，进一步模拟仿真实验 。同时，由于编辑一个任意波形有时需要花费大量的时间和精力，而且每次的波形可能都不一样，所以所有的任意波形发生器都内置了一定量的非易失性存储器，可以随机存取编辑波形，有利于参考和比较 。或者通过随机接口通信传输到计算机进行进一步的分析和处理 。
第三，下载传输，进一步实时模拟 。
在一些领域，比如军事，航空空，交通制造业等 。，很难估计某些电路的工作环境 。实验设计完成后，还需要在真实环境下做进一步的实验 。有些实验成本高或风险大(例如，高速列车实验期间的换轨、飞机测试期间的螺旋桨操作等 。)，所以人们不可能通过长时间的实验来判断所设计的产品(如高速列车、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，在做一些比较麻烦或者有风险的实验时，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，直接下载到设计好的电路中进行进一步的实验验证 。
综上所述，任意波形发生器是电子工程师信号仿真实验的最佳工具 。选购时，不仅要注意传统信号源的缺陷——频率精度、频率稳定度、幅度精度、信号失真，还要注意它的编辑和波形存活及下载能力，以及它的输出通道数，以便同步比较两个信号的相移特性，进一步达到仿真实验的状态 。
图1带尖脉冲的数字信号

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