信号发生器基础知识 使用攻略和实战问答

信号发生器用来产生振荡信号，且信号的特征参数完全可控，可方便地模拟各种情况下不同特性的信号，对于产品研发和电路实验具有重要作用。信号发生器广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域，是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。本讲从信号发生器的原理、分类与用途等基本知识入手，详细介绍信号发生器的使用与测量单位，并搜罗广大工程师对信号发生器的实战疑难问题解答，以帮助工程师深层次的了解信号发生器，更好的发挥其作用，为产品设计进行全面、真实的测试，保证研发和测试过程的顺利。

信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信号，为后端电路提供一个理想信号。在电路测试中，我们可以通过测量、对比输入和输出信号，来判断信号处理电路的功能和特性是否达到设计要求。高精度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源(参考源)，待校准仪器以参考源为标准进行调校。

现代信号发生器的结构非常复杂，与早期的简易信号发生器天差地别，但总体基本结构功能单元还是类似的。

信号发生器的基本原理

信号发生器的主要部件有频率产生单元、调制单元、缓冲放大单元、衰减输出单元、显示单元、控制单元。

主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。

早期的信号发生器都采用模拟电路，现代信号发生器越来越多地使用数字电路或单片机控制，内部电路结构上有了很大的变化。

信号发生器的一大特性就是可以操控仪器输出信号的幅度，信号通过特定组合衰减量的衰减器达到预定的输出幅度。早期的衰减器是机械式的，通过刻度来读取衰减量或输出幅度。现代中高档信号发生器的衰减器单元由单片机控制继电器来切换，向电子芯片化过渡，衰减单元的衰减步进量不断缩小，精度相应提高。

信号发生器的分类和作用

信号发生器按照产生信号类型可以分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、专用信号发生器。正弦信号发生器提供最基本的正弦波信号，可以作为参考频率和参考幅度信号，用于增益和灵敏度的测量以及仪器的校准。常见的高频信号发生器和标准信号发生器都属于此类。函数信号发生器可以产生各种函数波形信号，典型的有方波、正弦波、三角波、锯齿波、脉冲等。函数信号发生器一般工作频率不高，频率上限在几兆赫到一二十兆赫，频率下限很低，大多可以低于0.1Hz.函数信号发生器用途非常广泛，科学实验、产品研发、生产维修、IC芯片测试中都能见到它的身影。脉冲信号发生器和随机信号发生器多用于专业场合。专用信号发生器是产生特定制式信号的专用仪器，如常见的电视信号发生器、立体声信号发生器等。

信号发生器按传统工作频段分类，有超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器。超低频信号发生器一般用于专业上的特殊用途;低频信号发生器多用于音频领域;高频信号发生器多用于通信和测量领域;微波信号发生器多用于雷达领域。

信号发生器按频率产生机制，分有LC振荡器信号发生器、压控振荡信号发生器、频率合成信号发生器;信号发生器按功率输出，可以分为简易信号发生器、标准信号发生器、功率信号发生器;高端信号发生器有矢量信号源、基带信号源，主要应用在航空、国防等尖端领域，价格也非常昂贵。

信号源的主要技术指标

信号源的主要技术指标传统函数发生器的主要指标和新近研发的任意波形发生器的主要指标有一些不同，我们这里分开介绍。

(一)普通函数发生器的主要指标：

带宽(输出频率范围)：仪器的带宽是指模拟带宽，与采样速率等无关，信号源的带宽是指信号的输出频率的范围，并且一般来讲信号源输出的正弦波和方波的频率范围不一致。

频率(定时)分辨率：频率分辨率，即最小可调频率分辨率，也就是创建波形时可以使用的最小时间增量。

频率准确度：信号源显示的频率值与真值之间的偏差，通常用相对误差表示，低档信号源的频率准确度只有1%,而采用内部高稳定晶体振荡器的频率准确度可以达到108~1010.

频率稳定度：频率稳定度是指外界环境不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于设置读数的偏差值的大小。频率稳定度一般分为长期频率稳定度(长稳)和短期频率稳定度(短稳)。其中，短期频率稳定度是指经过预热后，15分钟内，信号频率所发生的最大变化;长期频率稳定度是指信号源经过预热时间后，信号频率在任意三小时内所发生的最大变化。

输出阻抗：信号源的输出阻抗是指从输出端看去，信号源的等效阻抗。例如，低频信号发生器的输出阻抗通常为600Ω，高频信号发生器通常只有50Ω，电视信号发生器通常为75Ω。

输出电平范围：输出幅度一般由电压或者分贝表示，指输出信号幅度的有效范围。另外，信号发生器的输出幅度读数定义为输出阻抗匹配的条件下，所以必须注意输出阻抗匹配的问题。

(二)任意波发生器的主要指标：

取样(或采样)速率：取样速率通常用每秒兆样点或者千兆样点表示，表明了仪器可以运行的最大时钟或取样速率。取样速率影响着主要输出信号的频率和保真度。奈奎斯特取样定理规定，取样频率或时钟速率必须至少是生成的信号中最高频谱成分的两倍，以保证精确的复现。

存储深度(记录长度)：存储深度是指用来记录波形的数据点数，它决定着波形数据的最大样点数量(相当于时间)。

每个波形样点占用一个存储器位置，每个位置等于当前时钟频率下取样间隔时间。任意波形发生器的带宽是由任意波发生器的取样速率和存储深度决定的。垂直(幅度)分辨率信号源的垂直分辨率是指信号源中可以编程的最小电压增量，也就是仪器数模转换器的二进制字宽度，单位为位，它规定了波形的幅度精度。在混和信号源中，垂直分辨率与仪器DAC的二进制字长度有关，位越多，分辨率就越高。

信号源的主要功能

一台功能较强的信号源，还有信号调制、频率扫描、TTL同步输出、参考时钟输出、Burst及频率计信号调制功能。

信号调制：是指被调制信号中，幅度、相位或频率变化把低频信息嵌入到高频的载波信号中，得到的信号可以传送从语音、到数据、到视频的任何信号。信号调制可分为模拟调制和数字调制两种，其中模拟调制，如幅度调制(AM)和频率调制(FM)最常用于广播通信中，而数字调制基于两种状态，允许信号表示二进制数据。