在電子測試和測量中，經常要求信號源，生成只有在外部提供時才會有的信號。信號源可以提供“已知良好”的信號，或者在其提供的信號中添加可重復的數量和類型已知的失真（或誤碼）。這是信號源最大的特點之一，因為僅使用電路本身，通常不可能恰好在需要的時間和地點創建可預測的失真。從設計檢驗到檢定，從極限和余量測試到一致性測試，信號源可以用于數百種應用。

因此，有多種信號源結構可供選擇也就不足為奇了，而每種結構都有各自的優點、功能和經濟性，適用于特定的用途。在本文中，我們將比較兩種信號發生結構：一種用于任意波形/ 函數發生器中，一種用于任意波形發生器中。選擇結果在很大程度上取決于應用。

了解信號發生方法

任意波形/ 函數發生器（AFG）通過讀取內存的內容，來同時創建函數波形和任意波形。大多數現代AFG 采用直接信號合成（DDS）技術，在廣泛的頻率范圍上提供信號。

任意波形發生器（AWG）基于真正可變時鐘結構（通常稱為“ 真正的arbs*1”），適用于在所有頻率上生成比較復雜的波形。AWG 也讀取內存的內容，但其讀取方式不同（后面進行了介紹）。處理先進通信和計算單元的設計人員選擇AWG，驅動采用復雜調制和帶有異常事件的高速信號。結果，AWG 占據了研究、開發和工程應用的最高層。

這兩種結構在波形生成方法上有著很大差異。本技術簡

介討論了基于可變時鐘的任意波形發生器和基于DDS的任意波形/ 函數發生器之間的差別。

透過前面板：比較兩個平臺

AWG：概念簡單，靈活性最大

盡管AWG 在這兩種結構中更加靈活，但AWG 的底層波形生成技術非常簡明。AWG的播放方案可以視為“反向取樣”。

這是什么意思呢？看一下信號取樣平臺-- 示波器，它通過在連續時點上數字化模擬信號的電壓值，來采集波形，其取樣頻率取決于用戶選擇的時鐘速率。得到的樣點存儲在內存中。

AWG的流程相反。AWG開始時波形已經在內存中。波形占用指定數量的內存位置。在每個時鐘周期中，儀器從內存中輸出另一個波形樣點。由于代表波形的樣點數量是固定的，因此時鐘速率越快，讀取內存中波形數據點的速度越快，輸出頻率越高。換句話說，輸出信號頻率完全取決于時鐘頻率和內存中的波形樣點數量*2。圖1 中簡化的方框圖概括了AWG 結構。

AWG 的靈活性源自其內存中存儲的波形。波形可以采取任何形狀；它可以有任意數量的畸變，或根本沒有畸變。在基于PC 的工具的幫助下，用戶可以開發人們想得到的幾乎任何波形（在物理限制內！）。可以在儀器能夠生成的任何時鐘頻率上，從內存中讀取樣點。不管時鐘是以1 MHz運行還是以1 GHz運行，波形的形狀相同。

*1 工程師通常使用“arb” 來指任何類型的任意波形發生器。

*2 當然任何AWG 型號都有最大內存容量。波形占用的深度可能要小于全部容量。

AFG 在高頻中采取高效的快捷方式

AFG也使用存儲的波形，作為輸出信號的基礎。其樣點讀數中涉及時鐘信號，但結果類似。

AFG 的時鐘以某個固定速率運行。由于波形樣點的數量在內存中也是固定的，因此AFG 怎樣才能在變動頻率上提供波形呢？例如，想象一下您正在使用一部AFG，它存儲由1000 個樣點組成的波形，以1 MHz 的固定速率輸出。輸出信號的周期將恰好固定在1 ms （1kHz）。很明顯，單頻信號源在大多數應用中用途有限。因此，DDS 技術提供了一個解決方案。基于DDS的儀器不讀取每個樣點，而是讀取不到1000 個樣點，來重建波形。

圖2 是典型的簡化的AFG 結構，其中包括DDS 段。輸出信號由時鐘、代表相位值的存儲的二進制數字及波形內存的內容構成。

如前所述，AFG保持固定的系統時鐘頻率。360度時鐘周期分布在所有波形樣點中，DDS 段根據波形長度及用戶選擇的頻率自動確定相位增量。

高頻設置會導致大的相位增量，使AFG 在通過360 度周期時迅速向前跳，提供高頻信號。低頻值導致小的增量，觸發相位累加器以較低的步長步進通過波形樣點，

甚至會重復各個樣點，構成360度，生成頻率較低的波形。

這一決策背后的數學運算超出了本文的討論范疇。可以這樣講，AFG根據自己的內部算法跳過選擇的波形數據點。由于相位增量方法，它并不是在每個周期中一直跳過相同的樣點數。AFG為生成變化的波形和頻率提供了一種快捷方式，但最終用戶不能控制跳過哪些數據點。

這必然對輸出波形保真度造成一定的影響。具有連續形狀的波形（正弦、三角形等等）通常不是問題，但可能會影響當前數字環境中常見的帶有快速轉換的信號，如脈沖和瞬變。例如，假設在新的電信交換機元件上進行極限測試。測試波形是一串二進制脈沖，其中一個脈沖在上升沿上有一個瞬變。在某些頻率上，DDS相位增量可能會剛好跳過瞬變，而不會作為信號的一部分在時鐘中輸出瞬變。對被測器件（DUT），信號類似于沒有干擾的脈沖流，由于缺少任何實際“極限”，這種極限測試是無效的。

表1. AFG 與AWG 取樣特點比較

AFG結構的實現成本要低于全功能AWG工具集。結果，它非常經濟，可以供各個工程師和科研人員使用。此外，AFG擁有某些獨有的性能優勢。部分領先型號擁有任何波形發生平臺中最優秀的頻率捷變性，即能夠在不同頻率之間平滑切換，而不會在信號中產生不連續點。

表1 概括了AFG 平臺和AWG 平臺的時鐘和內存特點。

深入細節

為更好地比較AWG和AFG結構，我們將進行簡單的“案例分析”。我們將考察這兩個平臺處理定義輸出波形的樣點的方式。

這一比較涉及三種儀器：最大取樣速率1 GS/s的AFG；最大取樣速率1 GS/s的AWG #1；最大取樣速率2 GS/s 的AWG #2。

我們的目標是在3 MHz - 20 MHz 的頻率范圍內生成一個正弦波。這兩臺AWG和AFG都在100點的取樣內存中裝有一個正弦波周期。圖3顯示了這三個平臺的特點怎樣影響其任務處理方式。

這三種工具都以1 GS/s 的取樣速率讀取100 個點，生成10 MHz 正弦波（圖3 中的中間行）：

圖3. T 管理輸出信號頻率的三種方法。

AFG 的DDS 單元收到命令，在輸出上提供10 MHz，它計算出1 GS/s 時鐘每擺動一下增加1 個點。它接觸到100 個樣點中的每個點。

兩個AWG中的時鐘都被手動設置為1 GS/s，它們也讀取100 個點，生成10 MHz 波形。

在把輸出頻率設為3 MHz （底部行），其方法出現分歧：

AFG 的時鐘仍以1 GS/s 的固定速率運行。但現在，DDS把增量自動設成時鐘每擺動一下0.3個點；也就是說，各個數據點重復三次或四次。

兩個AWG中的時鐘頻率必須手動降到300 MS/s。時

鐘現在更慢地讀過樣點，生成3 MHz 的輸出頻率。

現在，輸出頻率必須提高到20 MHz。這三個平臺以不同方式迎接這一挑戰：

AFG 的DDS 單元把取樣增量設為兩個樣點。它每隔一個樣點讀取一個樣點，共使用50個點定義波形。其長度只是讀取100個點的一半。結果是一個20 MHz輸出信號。

與所有AWG 在任何頻率設置上一樣，AWG #1 時鐘每擺動一下讀取一個樣點。但是，由于其最大取樣速率是1 GS/s，因此它不能在50 ns 的20 MHz 正弦波周期中讀取100個點。因此，必須通過用戶故意干預，把存儲的波形圖像下降到總共50 個點。結果是一個20 MHz 輸出信號。