完整的測量系統
一提到(dao)電子測量(liang)，可(ke)能(neng)進入人們腦海的第一個東(dong)西(xi)是(shi)采集(ji)儀(yi)器(qi)，其通常(chang)是(shi)示波器(qi)或邏輯分析儀(yi)。但(dan)是(shi)，只有在能(neng)夠采集(ji)某類信號(hao)(hao)時，這(zhe)些工具才能(neng)進行測量(liang)。在許(xu)多情況下，這(zhe)些信號(hao)(hao)是(shi)沒有的，除(chu)非在外部提供信號(hao)(hao)。
例如，應(ying)力測量放大器(qi)不生成信(xin)(xin)號(hao)，而只是(shi)提高其從(cong)傳感器(qi)中收到的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)功率(lv)。類似的(de)(de)(de)，數字(zi)地址總線上的(de)(de)(de)復用器(qi)也(ye)不發起信(xin)(xin)號(hao)，而是(shi)引導來自計(ji)數器(qi)、寄(ji)存器(qi)和(he)其它單元的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)流量。但不可(ke)避免的(de)(de)(de)是(shi)，必需在連接饋電的(de)(de)(de)電路之前測試(shi)放大器(qi)或(huo)復用器(qi)。為(wei)使用采(cai)集(ji)儀(yi)器(qi)測量這些器(qi)件的(de)(de)(de)行為(wei)，您必須在輸入(ru)上提供激勵(li)信(xin)(xin)號(hao)。
再舉一個(ge)例子，工(gong)程師(shi)必須檢(jian)定(ding)新(xin)(xin)出現的(de)電(dian)路(lu)，保證新(xin)(xin)硬件在全系列(lie)操作范圍及之上的(de)范圍內滿足設計規(gui)范，這(zhe)(zhe)(zhe)稱為(wei)余(yu)量(liang)(liang)(liang)測(ce)試(shi)或(huo)極限測(ce)試(shi)。這(zhe)(zhe)(zhe)一測(ce)量(liang)(liang)(liang)任務要求完整的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)要能(neng)夠生成信號及進行測(ce)量(liang)(liang)(liang)。數(shu)字電(dian)路(lu)的(de)檢(jian)定(ding)系列(lie)工(gong)具與(yu)模擬 /混合信號電(dian)路(lu)不同，但這(zhe)(zhe)(zhe)兩者(zhe)都必須包括激勵(li)儀(yi)器(qi)和采集(ji)儀(yi)器(qi)。
信號發(fa)生器(qi)或(huo)信號源是與采集儀器(qi)配套使用(yong)的激勵源，構成了完整測(ce)量(liang)解決方案(an)的兩個(ge)單(dan)元(yuan)。這兩個(ge)工具接在(zai)被測(ce)器(qi)件(jian) (DUT) 的輸(shu)入端子(zi)(zi)和(he)輸(shu)出(chu)端子(zi)(zi)上(shang)，如圖1所示。在(zai)各種配置中(zhong)，信號發(fa)生器(qi)可以以模擬波形、數字數據碼(ma)型、調制、故意失真、噪聲等形式提供激勵信號。為進行有效的設計、檢定或(huo)調試測(ce)量(liang)，應(ying)同時(shi)考(kao)慮解決方案(an)中(zhong)的這兩個(ge)單(dan)元(yuan)。
圖 1
信號發生器
顧名思義，信號(hao)發生器(qi)是作為電子測(ce)量(liang)激勵源的信號(hao)來源。大多(duo)數(shu)電路要(yao)求某種幅度(du)隨時間變化的輸入信號(hao)。信號(hao)可(ke)(ke)以是真(zhen)實的雙極(ji) AC1信號(hao) ( 峰值在接地參考點上下振蕩 )，也可(ke)(ke)以在DC偏置 ( 可(ke)(ke)正(zheng)可(ke)(ke)負 ) 范圍內變化。它(ta)可(ke)(ke)以是正(zheng)弦波(bo)或其它(ta)模擬函數(shu)、數(shu)字脈沖、二(er)進制(zhi)碼型或純(chun)任意波(bo)形。
信(xin)號(hao)發生(sheng)器(qi)可(ke)以提供(gong)“理(li)想”的波(bo)形(xing)，它可(ke)以在其提供(gong)的信(xin)號(hao)中增(zeng)加已(yi)知(zhi)的、數量(liang)和類型可(ke)重復的失真(zhen)(zhen) ( 或(huo)誤差 )。參見圖2。這(zhe)一特點是信(xin)號(hao)發生(sheng)器(qi)的特點，因為通(tong)常不可(ke)能只使(shi)用電路本身在所需的時間和地點創建可(ke)以預測(ce)的失真(zhen)(zhen)。在存在這(zhe)些失真(zhen)(zhen)的信(xin)號(hao)時，DUT 響應可(ke)以揭示其處理(li)落在正常性能條(tiao)件外(wai)的極限情況。
圖 2
模擬信號還是數字信號？
目前，大多(duo)數信(xin)號發(fa)生器基于數字(zi)技(ji)術。許多(duo)信(xin)號發(fa)生器可以同時滿足(zu)模擬(ni)信(xin)號和(he)數字(zi)信(xin)號要求，但 高效的解(jie)決方案通常是為手(shou)邊的應用(yong) ( 模擬(ni)應用(yong)或數字(zi)應用(yong) ) 優(you)化功能的信(xin)號發(fa)生器。
任意波形(xing)發(fa)生(sheng)器(qi) (AWG) 和函數(shu)發(fa)生(sheng)器(qi)主(zhu)要針對模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)應用和混合信(xin)號(hao)應用。這些(xie)(xie)儀器(qi)采(cai)用采(cai)樣(yang)技術(shu)，構建(jian)和改變幾乎(hu)可以(yi)(yi)想到的任何形(xing)狀的波形(xing)。一般來說，這些(xie)(xie)發(fa)生(sheng)器(qi)有 1-4個輸(shu)出(chu)。在某(mou)些(xie)(xie) AWG中(zhong)，還使用單獨的標(biao)記(ji)輸(shu)出(chu) ( 協助觸發(fa)外部儀器(qi) ) 及以(yi)(yi)數(shu)字(zi)形(xing)式表示每個樣(yang)點數(shu)據的同步數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)，以(yi)(yi)補(bu)充(chong)這些(xie)(xie)主(zhu)要的采(cai)樣(yang)模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)。
數(shu)字(zi)(zi)(zi)波形發(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi) ( 邏輯源 ) 包括(kuo)兩類儀(yi)器(qi)(qi)(qi)。脈沖發(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)驅動來自少量輸出(chu)的方波或脈沖流(liu)，其頻(pin)率通常(chang)非常(chang)高。這些工(gong)具 常(chang)用于(yu)對數(shu)字(zi)(zi)(zi)器(qi)(qi)(qi)件(jian)執行測試。碼(ma)型發(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)也稱為數(shu)據發(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)或數(shu)據定時發(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)，一般提(ti)供 8 條(tiao)、16 條(tiao)或更多(duo)的同(tong)步數(shu)字(zi)(zi)(zi)脈沖流(liu)，作為計算機總線、數(shu)字(zi)(zi)(zi)電信單元(yuan)等(deng)的激勵(li)信號。
圖 3
基本信號發生器應用
信號發生器有數百種(zhong)不同的應(ying)(ying)用，但在電子測量中， 這些應(ying)(ying)用可以分成(cheng)三種(zhong)基本類型：檢驗、檢定和(he)極限(xian)/ 余(yu)量測試。有代表性的部分應(ying)(ying)用如下：
檢驗
測試數字模塊(kuai)化發(fa)射機和接(jie)收(shou)機
開發新(xin)型發射機(ji)和接收(shou)機(ji)硬件(jian)的(de)無線器件(jian)設計人員必須模(mo)擬基(ji)帶 I&Q信(xin)號(hao)(hao)，信(xin)號(hao)(hao)中(zhong)可以(yi)(yi)帶損傷或不帶損傷，檢驗其是否滿足新(xin)興的(de)和專有的(de)無線標準。某些高(gao)(gao)性能任(ren)意波形發生器可以(yi)(yi)以(yi)(yi)高(gao)(gao)達(da) 12.5 Gbps 的(de)速率(lv)提供所需的(de)低失真、高(gao)(gao)分辨率(lv)信(xin)號(hao)(hao)，并(bing)支(zhi)持兩條(tiao)(tiao)獨立通道(dao)， 一(yi)條(tiao)(tiao)用于“I”相(xiang)位，另(ling)一(yi)條(tiao)(tiao)用于“Q”相(xiang)位。
有時，需要使用實際(ji) RF信號(hao)測(ce)試接(jie)(jie)收機。在這種(zhong)情況下，可以(yi)使用采(cai)樣率(lv)高(gao)達200MS/s的任意(yi)波(bo)形發生器， 直接(jie)(jie)合成 RF 信號(hao)。
檢定
測試數模轉(zhuan)換器和模數轉(zhuan)換器
新開發的數(shu)(shu)模轉換器(qi) (DAC) 和(he)模數(shu)(shu)轉換器(qi) (ADC) 必須進行窮盡測試，以確(que)定其線(xian)性度、單調性和(he)失真的極(ji)限。一(yi)流的 AWG可以同時(shi)生(sheng)成多個同相的模擬信(xin)(xin)號和(he)數(shu)(shu)字(zi)信(xin)(xin)號，以高(gao)達 12.5 Gbps 的速度驅動這(zhe)些器(qi)件。
極限 / 余量測試
測試通信接收機極限
處(chu)理串行(xing)數據流結構 ( 通常用于數字通信(xin)總線和磁(ci)盤驅動(dong)器放大器中 ) 的(de)工(gong)(gong)程(cheng)師必需使用損傷(shang)測試器件極(ji)限，特別是抖(dou)動(dong)和定時超(chao)限。通過提(ti)供高效(xiao)的(de)內置抖(dou)動(dong)編(bian)輯和發生工(gong)(gong)具，高級信(xin)號發生器使工(gong)(gong)程(cheng)師節約了數不清的(de)時間。這些(xie)儀器可以使關鍵信(xin)號邊沿(yan)位(wei)移最(zui)低(di) 20 ps 。
信號發生技術
可以通過多種(zhong)方式(shi)，使用(yong)信號發生(sheng)器(qi)(qi)創建波形(xing)。選擇的方法取決于提供的與(yu) DUT 有關(guan)的信息及其(qi)輸入(ru)要求；是否需(xu)要增加失真或錯誤信號及其(qi)它變量。現代高性能(neng)信號發生(sheng)器(qi)(qi)為(wei)生(sheng)成(cheng)波形(xing)至少提供了三種(zhong)方式(shi)：
創(chuang)建：全新的電(dian)路(lu)激勵(li)和(he)測試(shi)信號
復制(zhi)：合成沒有提供(gong)的實際環境信號 ( 從(cong)示波器或邏輯(ji)分析儀中捕獲(huo) )
生成：理想的(de)或(huo)極限測試的(de)參考信號，適用于特定容限的(de)行業標準
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