01回顧歷史

信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展

信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。它是一種為電子測量和計(jì)量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號(hào)設(shè)備。因此，信號(hào)發(fā)生器和示波器、電壓表、頻率計(jì)等儀器一樣是最普通、最基本的，也是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有的電參量的測量都需要用到信號(hào)發(fā)生器。

自六十年代以來，信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、合成信號(hào)發(fā)生器、程控信號(hào)發(fā)生器等新種類。各類信號(hào)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)也都有了大幅度的提高，同時(shí)在簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進(jìn)展。

?這是1930年由馬可尼儀器公司發(fā)明的電子管信號(hào)源，滿滿的復(fù)古感。

?1935年的信號(hào)源產(chǎn)品比1930年的顯得小巧精致一些。

?1947年的信號(hào)源控制鍵多了許多，對(duì)于儀表的操作更加靈活。

?1950年信號(hào)源的產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提升。

?1970年的信號(hào)源已經(jīng)可以產(chǎn)生AM/FM信號(hào)。

?1972年的信號(hào)源在頻率穩(wěn)定度和精度方面得到了很大提升。

?1976年的信號(hào)源內(nèi)部已經(jīng)采用了頻率綜合器技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)在還在使用中。

?1981年的信號(hào)源已經(jīng)支持GPIB可編程了，儀表操作自動(dòng)化程控得以實(shí)現(xiàn)。

?1990年LCD顯示屏幕的信號(hào)源誕生。

?1992年的信號(hào)源已經(jīng)和現(xiàn)在信號(hào)源非常接近了。

02信號(hào)發(fā)生器的分類

現(xiàn)在市場上充斥著很多種信號(hào)源，它的分類經(jīng)常讓人摸不著頭腦，如圖11所示，對(duì)常用信號(hào)源的分類。

圖11

總的來說信號(hào)源分為復(fù)合信號(hào)發(fā)生器和邏輯信號(hào)發(fā)生器兩種，其中復(fù)合信號(hào)發(fā)生器包括射頻信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器以及任意波形發(fā)生器三種，而邏輯信號(hào)發(fā)生器又包括了脈沖信號(hào)發(fā)生器和碼型信號(hào)發(fā)生器兩種。其中被使用最廣泛的就是函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器。

03信號(hào)發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)

頻率合成技術(shù)

頻率合成技術(shù)起源于二十世紀(jì)30年代，至今己有六十多年的歷史。所謂頻率合成就是將具有低相位噪聲、高精度和高穩(wěn)定度等綜合指標(biāo)的參考頻率源經(jīng)過電路上的混頻、倍頻或分頻等信號(hào)處理以便對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)意義上的加、減、乘、除等四則運(yùn)算，從而產(chǎn)生大量具有同樣精確度的頻率源。實(shí)現(xiàn)頻率合成的電路叫頻率合成器，頻率合成器是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分。在通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等設(shè)備中，頻率合成器既是發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)源，又是接收機(jī)的本地振器;在電子對(duì)抗設(shè)備中，它可以作為干擾信號(hào)發(fā)生器;在測試設(shè)備中，可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，因此頻率合成器被人們稱為許多電子系統(tǒng)的“心臟”。

對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行合成的方式主要有三種：

1.直接頻率合成

利用振蕩器直接輸出要求的頻率信號(hào)，晶體振蕩器因其Q值高而得到廣泛應(yīng)用，采用恒溫晶振和穩(wěn)補(bǔ)晶振可進(jìn)一步提高其頻率穩(wěn)定度。主要應(yīng)用于單點(diǎn)頻率信號(hào)合成。

圖12 直接頻率合成原理框圖

2. 間接頻率合成

利用PLL鎖相環(huán)進(jìn)行頻率合成，其特點(diǎn)是可輸出寬頻率范圍信號(hào)，頻率變化步進(jìn)較小，頻率跳變速度較快。但存在頻率變化步進(jìn)和相噪指標(biāo)相矛盾的缺點(diǎn)。PLL間接頻率合成是頻率合成的主要方式。

圖13 間接頻率合成原理框圖

3.直接數(shù)字合成（DDS）

JosephTierney等3人于1971年提了直接數(shù)字頻率合成的思想，但由于受當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的限制，DDS技術(shù)沒有受到足夠重視，隨著電子工程領(lǐng)域的實(shí)際需要以及數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，DDS技術(shù)日益顯露出它的優(yōu)性，利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行信號(hào)波形合成，其特點(diǎn)是輸出頻率步進(jìn)指標(biāo)很高，頻率跳變速度很快，但輸出頻率范圍較窄。

圖14 DDS直接數(shù)字合成技術(shù)原理框圖

圖15 信號(hào)源頻率合成技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

04典型射頻微波源原理

模擬源和矢量源

圖16 模擬射頻微波源原理圖

由上圖，我們可以看到模擬微波源主要由參考時(shí)鐘，頻率綜合器和輸出單元構(gòu)成，參考部分主要負(fù)責(zé)輸出穩(wěn)定的參考時(shí)鐘信號(hào)，頻率綜合器通過PLL技術(shù)進(jìn)行倍頻，輸出需要的頻率范圍，輸出單元通過ALC負(fù)反饋技術(shù)負(fù)責(zé)調(diào)整輸出期望電平。

圖17 矢量射頻微波源原理圖

矢量信號(hào)源是在模擬源的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要增加了基帶發(fā)生器和I/Q調(diào)制器，任何一個(gè)復(fù)雜信號(hào)都可以拆分為I信號(hào)和Q信號(hào)，因此矢量源得到了廣泛的應(yīng)用，比如大家熟悉的LTE,5G NR,WIFI等等復(fù)雜信號(hào)都是可以由矢量信號(hào)源產(chǎn)生。

05射頻微波源的典型應(yīng)用

高質(zhì)量信號(hào)測試（例如本地振蕩器替代）如圖18，R&S SMA100B業(yè)界SSB性能最優(yōu)的測試方案。

增益、線性度的測量，如圖19，這是射頻微波領(lǐng)域典型的元器件測試方案。

組件開發(fā)/測試（例如 ADC），如圖20，該方案在ADC芯片測試開發(fā)中，可以精準(zhǔn)高效地幫客戶完成測試。

接收機(jī)測試（雙音測試，產(chǎn)生干擾或阻塞信號(hào)），如圖21，在終端客戶測試中，接收雙音和阻塞測試是終端必測項(xiàng)目，R&S的產(chǎn)品提供了完整方案。

EMC測試，如圖22，眾所周知，EMC測試在電子領(lǐng)域的重要性，R&S在該領(lǐng)域深耕多年，得到了業(yè)界普遍認(rèn)可，我們的模擬源在EMS測試中扮演了重要角色。

航空電子應(yīng)用（例如 VOR、ILS），如圖23，對(duì)于VOR/ILS測試，R&S的射頻微波源都有很好的解決方案。

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軍事/雷達(dá)應(yīng)用，如圖24，微波脈沖信號(hào)產(chǎn)生器在軍工，民航等廣泛領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。

無線通信，如圖25，我們的矢量信號(hào)源SMW200A是基站廠商必選的矢量源，主要是最大2G調(diào)制帶寬，帶內(nèi)平坦度小于0.4db，F(xiàn)ading和MIMO等關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)秀，得到了業(yè)界普遍認(rèn)可。

數(shù)字廣播，如圖26，我們的SMCV100B信號(hào)源可為客戶提供：audio AM/FM，DAB/DAB+，ISDBT，DRM，CDR等多種數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)，與眾多車企都有廣泛合作。

GNSS導(dǎo)航，如圖27，高性價(jià)比SMBV100B衛(wèi)星模擬器支持GPS, BeiDou，Glonass，Galileo四大導(dǎo)航系統(tǒng)和QZSS，IRNSS兩個(gè)區(qū)域定位系統(tǒng)，為廣大的導(dǎo)航客戶提供了完備的解決方案。

矢量信號(hào)源產(chǎn)生自定義數(shù)字了調(diào)制信號(hào)，如圖28，該方案為客戶自定義調(diào)制方式提供了很好的方案，客戶基于我們的工具Vam，可以完全定義數(shù)字信號(hào)組和與之對(duì)應(yīng)的模擬IQ值，星座圖對(duì)應(yīng)產(chǎn)生，該方案在客戶自定義調(diào)制方案中應(yīng)用廣泛。

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測試測量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個(gè)更加安全、互聯(lián)的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團(tuán)，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨(dú)立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。