原標題：信號發生器基礎知識

信號發生器是電子測試與測量中的核心設備，用于生成各種波形信號（如正弦波、方波、脈沖波等），廣泛應用于電路調試、通信系統測試、設備校準等領域。以下從核心原理、分類、性能指標、應用場景四個維度展開，結合實際案例說明其技術要點。

一、信號發生器核心原理

1. 信號生成方式

• 直接數字合成（DDS）技術

• 原理：通過高速DAC（數模轉換器）將數字波形數據轉換為模擬信號，結合相位累加器實現頻率控制。

• 優勢：頻率分辨率高（可達μHz級）、切換速度快（μs級）、相位連續性好。

• 應用：高頻通信測試、精密儀器校準。

• 模擬振蕩器技術

• 原理：基于LC諧振、RC振蕩或晶體振蕩器生成信號，通過模擬電路調節頻率與幅度。

• 優勢：結構簡單、成本低，但頻率分辨率與穩定性較差。

• 應用：低頻教學實驗、基礎電路調試。

2. 關鍵信號參數

• 頻率：信號周期的倒數（Hz），決定信號的周期性。

• 幅度：信號的電壓或電流大小（Vpp、dBm）。

• 相位：信號相對于參考點的角度偏移（°或rad）。

• 調制：將低頻信號（如音頻）疊加到高頻載波上（AM、FM、PM）。

二、信號發生器分類與對比

根據功能、頻率范圍與輸出類型，信號發生器可分為以下類型：

典型產品對比

• 函數發生器（如Keysight 33500B）：

• 頻率范圍：1μHz~30MHz

• 波形：正弦、方波、三角波、噪聲

• 優勢：性價比高，適合基礎實驗

• 任意波形發生器（如Tektronix AWG70000）：

• 采樣率：50GS/s，垂直分辨率16bit

• 支持自定義波形導入（如MATLAB生成）

• 優勢：高精度，適合復雜信號仿真

三、核心性能指標解析

1. 頻率范圍與分辨率

• 頻率范圍：設備可輸出的最低與最高頻率（如1Hz~100MHz）。

• 頻率分辨率：最小可調頻率步進（如1μHz），DDS技術可實現極高分辨率。

2. 幅度精度與穩定性

• 幅度精度：輸出信號幅度的誤差（如±1%）。

• 穩定性：長時間運行下幅度與頻率的漂移（如±0.1ppm/h）。

3. 調制功能

• AM/FM/PM調制：支持模擬調制與數字調制（如QPSK、OFDM）。

• 脈沖調制：可調節脈沖寬度、占空比與上升/下降時間。

4. 輸出阻抗與通道數

• 輸出阻抗：通常為50Ω（匹配射頻系統）或高阻（適合音頻測試）。

• 通道數：單通道、雙通道或多通道同步輸出（如相位同步測試）。

四、實際應用案例與工具選擇

1. 基礎電路調試（函數發生器）

• 場景：測試放大電路的頻率響應。

• 操作：

1. 設置函數發生器輸出1kHz正弦波，幅度1Vpp。

2. 連接至放大電路輸入端，用示波器觀察輸出波形。

3. 逐步增加頻率至1MHz，記錄增益變化，繪制頻響曲線。

2. 通信系統測試（射頻信號發生器）

• 場景：測試5G基站的接收靈敏度。

• 操作：

1. 設置射頻信號發生器輸出28GHz CW信號，功率-30dBm。

2. 啟用QPSK調制，符號率100MS/s。

3. 連接至基站接收端，用頻譜分析儀監測誤碼率。

3. 高速ADC測試（脈沖信號發生器）

• 場景：驗證12位ADC的線性度。

• 操作：

1. 設置脈沖信號發生器輸出100MHz脈沖，上升時間<100ps。

2. 調節幅度從0V至滿量程（如2Vpp），步進10mV。

3. 采集ADC輸出數據，繪制輸入-輸出曲線，計算INL/DNL誤差。

五、信號發生器選購建議

1. 明確需求：

• 基礎實驗：選擇函數發生器（如Rigol DG1022Z）。

• 通信測試：選擇射頻信號發生器（如Keysight N5182B）。

• 高速仿真：選擇任意波形發生器（如Tektronix AWG5208）。

2. 關鍵參數對比：

• 頻率范圍：覆蓋測試需求（如射頻測試需≥6GHz）。

• 調制功能：支持測試協議（如5G NR、Wi-Fi 6）。

• 輸出通道：多通道同步輸出需求（如MIMO系統測試）。

3. 預算與品牌：

• 入門級：Rigol、Siglent（性價比高，適合教學）。

• 高端級：Keysight、Tektronix（高精度，適合科研與工業）。

六、直接結論：信號發生器技術要點總結

1. DDS技術是主流：高頻、高分辨率、快速切換，適合現代通信測試。

2. 任意波形發生器是趨勢：支持復雜信號仿真，滿足雷達、激光雷達等需求。

3. 調制功能是關鍵：AM/FM/PM與數字調制能力決定測試靈活性。

4. 選購需匹配應用場景：頻率范圍、通道數、預算是核心決策因素。

總結：信號發生器是電子測試的核心工具，其技術發展從模擬振蕩器到DDS技術，功能從基礎波形生成到復雜信號仿真。掌握其分類、性能指標與應用場景，可高效完成電路調試、通信測試與高速信號分析任務。