信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展方向

1、 文獻(xiàn)綜述- 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展方向1、前言 信號(hào)發(fā)生器又稱波形發(fā)生器，是一種常用的信號(hào)源，被廣泛地應(yīng)用于無線電通信、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制等系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成，借助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為振蕩回路產(chǎn)生正弦或其它函數(shù)波形。頻率的變動(dòng)由機(jī)械驅(qū)動(dòng)可變?cè)瓿?，?dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻信號(hào)輸出往往需要的RC值很大，這樣不但參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，而且體積和功耗都很大，而由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號(hào)發(fā)生器，雖然其低頻性能好但體積較大，價(jià)格較貴。 在今天，隨著大規(guī)模集成電路和信號(hào)發(fā)生器技術(shù)的發(fā)展，許多新型信號(hào)發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生。用信號(hào)發(fā)生器并配置適當(dāng)接口芯片產(chǎn)生程控正弦信號(hào)

2、，則可替代傳統(tǒng)的正弦信號(hào)發(fā)生器，從而有利于測(cè)試系統(tǒng)的集成化、程控化和智能儀表的多功能化。而信號(hào)發(fā)生器的最大特點(diǎn)是面向控制，由于它集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低，因此在數(shù)據(jù)采集、智能化儀器等技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，從而使得信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用成為工程技術(shù)多學(xué)科知識(shí)匯集的一個(gè)專門研究領(lǐng)域，其應(yīng)用產(chǎn)生了極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2、 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展與現(xiàn)狀 2.1 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱信號(hào)發(fā)生器，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，信號(hào)發(fā)生器的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步,自1971年美國(guó)Intel公司首先推出4位微處理器以來,它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段：第

3、1階段（19711976）：信號(hào)發(fā)生器發(fā)展的初級(jí)階段。發(fā)展了各種4位信號(hào)發(fā)生器，第2階段（19761980）：初級(jí)8位機(jī)階段。以1976年Intel公司推出的MCS48系列為代表，采用將8位CPU、8位并行I/O接口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)，功能上可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。第3階段（19801983）：高性能信號(hào)發(fā)生器階段。這一階段推出的高性能8位信號(hào)發(fā)生器普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM、ROM的容量加大,且尋址范圍可達(dá)64KB。第4階段（198380年代末）：16位信號(hào)發(fā)生器階段。198

4、3年Intel司又推出了高性能的16位信號(hào)發(fā)生器MCS96系列，網(wǎng)絡(luò)通信能力有顯著提高。第5階段（90年代）：信號(hào)發(fā)生器在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。 2.2 信號(hào)發(fā)生器的現(xiàn)狀目前，信號(hào)發(fā)生器正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，尤其是八位信號(hào)發(fā)生器已成為當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器中的主流。信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展具體體現(xiàn)在如下四個(gè)方面： 1、CPU功能增強(qiáng) CPU功能增強(qiáng)主要表現(xiàn)在運(yùn)算速度和精度的提高方面。為了提高運(yùn)算速度和精度，信號(hào)發(fā)生器通常采用布爾處理機(jī)和把CPU的字長(zhǎng)增加到16位或32位。例如MCS96/98和HPCI6040等信號(hào)發(fā)生器。 2、內(nèi)部資源增多 目前，信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部的

5、ROM容量已達(dá)32KB，RAM數(shù)量已達(dá)1KB，并具有掉電保護(hù)功能，常用I/O電路有串行和并行I/O接口，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，定時(shí)輸出和信號(hào)捕捉輸入，系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和DMA通道電路等。 3、引腳的多功能化 隨著芯片內(nèi)部功能的增強(qiáng)和資源的豐富，信號(hào)發(fā)生器所需的引腳數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加，這是不可避免的。例如：一個(gè)能尋址1MB存儲(chǔ)空間的信號(hào)發(fā)生器需要20條地址線和8條數(shù)據(jù)線。太多的引腳不僅會(huì)增加制造時(shí)的困難，而且也會(huì)使芯片的集成度大為減小。為了減少引腳數(shù)量，提高應(yīng)用靈活性，信號(hào)發(fā)生器中普遍采用一腳多用的設(shè)計(jì)方案。 4、低電壓和低功耗 在許多應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)發(fā)生器不僅要有很小的體積，而且還需要較

6、低的工作電壓和極小的功耗。因此，信號(hào)發(fā)生器普遍采用CHMOS工藝，并增加空閑和掉電兩種工作方式。3、研究信號(hào)發(fā)生器的目的及意義 信號(hào)發(fā)生器是信號(hào)源的一種，主要給被測(cè)電路提供所需的己知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)。多功能信號(hào)發(fā)生器采用FPGA器件作為核心控制部件，精度高穩(wěn)定性好，得到波形平滑，特別是猶豫FPGA的高速度，能實(shí)現(xiàn)較高頻率的波形。目前我國(guó)己經(jīng)開始研究信號(hào)發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來說，我國(guó)信號(hào)發(fā)生器還沒有形成真正的產(chǎn)業(yè)。就目前國(guó)內(nèi)的成熟產(chǎn)品來看，多為一些PC儀器插卡，獨(dú)立的儀器和VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國(guó)目前在信號(hào)發(fā)生器的種類性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較

7、大的差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展方向 頻率合成器被譽(yù)為電子系統(tǒng)的“心臟”，頻率源的發(fā)展直接關(guān)系到電子系統(tǒng)性能的發(fā)展。信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于通信，雷達(dá)，測(cè)控，電子對(duì)抗以及現(xiàn)代化儀器儀表等領(lǐng)域，是一種為電子測(cè)量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號(hào)設(shè)備，和示波器、電壓表、頻率計(jì)等儀器一樣是最普通、最基本也是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有電參量的測(cè)量都要用到波形發(fā)生器。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電子測(cè)量工作對(duì)信號(hào)發(fā)生器的性能提出了更高的要求，不僅要求能產(chǎn)生正弦波、方波等標(biāo)準(zhǔn)波形，還能根據(jù)需要產(chǎn)生任意波形，且操作方便，輸出波形質(zhì)量好，輸出頻

8、率范圍寬，輸出頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度及分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換速度快且頻率轉(zhuǎn)換時(shí)輸出波形相位連續(xù)等?？梢姡瑸檫m應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求，研究制作高性能的任意波形發(fā)生器（Arbitrary Waveform Generator，簡(jiǎn)稱AWG）十分有必要，而且意義重大。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需頻率。這種信號(hào)發(fā)生器雖然具有輸出信號(hào)頻率范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但輸出波形單一，不能產(chǎn)生任意波形，且頻穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較差，頻率準(zhǔn)確度一般在0.5%以下，對(duì)于作為精密測(cè)量用的信號(hào)發(fā)生器，其頻率穩(wěn)定度是不夠的。因此傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代電子測(cè)

9、量的需要，正逐步退出歷史舞臺(tái)。而基于頻率合成技術(shù)制成的信號(hào)發(fā)生器，由于可以獲得很高的頻率穩(wěn)定度和精確度，因此發(fā)展非常迅速，尤其是最近隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用更是有了質(zhì)的飛躍。5、 總結(jié) 以高速數(shù)字取樣為核心的時(shí)域測(cè)試正在成為現(xiàn)代電子測(cè)試技術(shù)的主流方向，波形產(chǎn)生與獲取也不例外。但由于受原理、器件等因素限制，基于采樣的波形產(chǎn)生與獲取技術(shù)面臨著如何不斷提高采樣率和采樣精度，如何盡可能提高波形質(zhì)量(無失真地產(chǎn)生和獲取信號(hào))，如何進(jìn)行高速波形大容量存儲(chǔ)等諸多難題。 參考文獻(xiàn)：【1】許慶山等編. 電路、信號(hào)與系統(tǒng).M 北京：航空工業(yè)出版社，2002，22-56. 【2】Sullvan G J.

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