awg任意波形发生器原理
任意波形发生器的原理与应用
• 调制发生器
–AM, FM, FSK, I/Q 等等
• 定制式发生器 • 系统元件 • 以上各项的组合
8 刘国琨 福禄克任意波形发生器 2/5/2002
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任意波形发生器可以代替 所有这些仪器
往往价格更低 ！
9
Presenters Name
Fw = fs wsize
信号重复频率＝采样频率 波形容量 采样频率 波形容量
fs(MS/s)=每秒产生的波形点 wsize＝确定波形的点数
加大点数可优化波形质量
举例：
需要1000点的波形
最高信号重复频率
任意波形发生器最高采样率50MS/s
50,000,000 MS/s 1,000 = 50kHz
福禄克任意波形发生器
2/5/2002
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任意波形发生器用于
•脉冲/脉冲序列发生器
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刘国琨
福禄克任意波形发生器
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任意波形发生器用于
•调制信号源
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刘国琨
福禄克任意波形发生器
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D/A
地址
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刘国琨
福禄克任意波形发生器
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任意波形发生器工作原理
•具有开始，停止和重复能力的地址发生器
开始计数
停止计数
开始计数 停止计数 重复计数
触发输入
触发输入
重复数为4
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刘国琨
任意波形发生器介绍
1、什么是任意波形发生器，与函数发生器的区别，如何产生任意波形信号，“任意”如何理解2、任意波形发生器的基本原理答：以DDS技术为基础，通过改变DDS中的查找表的数据，来实现任意波形。
根据所采用DDS的结构不同，采用DDFS结构的叫做函数/任意波形发生器，以Agilent的33250和Tektronix的AFG3000系列为典型代表，采用DDWS结构的叫做任意波形发生器，以Tektronix的AWG5000和AWG7000系列为代表3、任意波形发生器的形式答：大体上分为两种——台式仪器和模块式仪器，台式仪器如Agilent的33250，33120，tektronix的AFG和AWG系列等，模块化仪器包括VXI、PXI、cPCI、LXI（部分LXI模块也提供键盘、显示，可划归为台式仪器）、USB接口模块仪器等4、任意波形发生器的结构，每部分的作用，完成的功能，以及相应的对外接口信号？答：主要包括CPU模块、任意波形合成模块、模拟通道、电源四大组成部分1）CPU模块a)主控制器（包括单片机、ARM嵌入式处理器、PC机等，有板载CPU和非板载CPU之分，如台式仪器、VXI模块是板载CPU，而PXI模块是非板载CPU）b)键盘模块（台式仪器所特有，包括功能键、数字键以及飞梭）c)程控接口模块（一般为台式仪器特有，包括USB，LAN，GPIB，RS232等）d)显示模块（一般为台式仪器特有，有些模块化仪器也提供VGA接口，支持外接显示器的功能）2）任意波形合成模块a)时钟发生模块●在参考时钟（一般为10MHz，其准确度决定了采样时钟及输出频率的准确度）的作用下，产生波形DAC模块所需的采样时钟。
如果为DDFS架构，采样时钟为固定频率，如果为DDWS架构，采样时钟为可变频率。
●提供外部参考时钟和内部参考时钟的切换功能（有两种方法，一种是参考时钟内外源自动切换，当有外部参考时钟接入时，自动切换到外部参考时钟；一种是手动切换，并且当外部参考时钟超过一定范围时，自动切换到内部参考时钟）●提供内/外部采样时钟的切换功能（不是所有的仪器都有，一般在高档仪器上才有）●提供仪器内部所需的一些时钟信号，如调制模块中ADC所需的采样时钟、触发模块中所需的触发信号产生器的计数时钟等思考：1、为什么要提供外部采样时钟，作用是什么？2、如何用参考时钟产生采样时钟？方法有哪些？b)地址产生模块——产生波形存储器模块所需的寻址信号●累加器模块——对送入的频率控制字进行累加操作，产生相应的寻址信号；累加器模块应提供清零信号输入，通过控制清零信号，可产生Burst调制波形输出●相位加法器模块●频率控制字生成模块——产生累加器所需的频率控制字，可实现调频、扫频、FSK调制●相位控制字生成模块——产生相位加法器所需的相位控制字，可实现调相、PSK调制●地址位数选择模块——选择输出地址的位数，一般来说，当任意波形发生器工作在函数模式时，地址位数选择为16位，有利于在保证波形质量的前提下提供切换速度；当工作在任意波形模式时，将提供最大的地址输出能力（视存储容量而定）c)存储器模块●存储器（目前一般采用ZBT SRAM，也有采用DDR SDRAM，QDRSRAM或异步SRAM的），根据所要实现的采样率不同，也分为单片存储器和多存储器并行两种模式，具体参见多存储器并行任意波形合成技术●存储器管理模块——负责管理存储器地址线、数据线、读、写、片选等，注意任意波形的工作过程，1、由CPU将所需的波形数据写入波形存储器中，此时，存储器的地址、数据、写、片选都由CPU提供，读信号无效；2、地址产生模块提供地址信号连续读取存储器的波形数据，此时，存储器的地址由地址产生模块提供，读、片选均应一直使能，写信号无效，读取的数据送数据合成模块d)数据合成模块●对存储器传入的波形数据进行处理后传送给波形DAC模块●处理包括调幅、数据插值（并串转换）等e)波形DAC模块f)调制模块●产生内部调制时所需的调制波形数据（调频、调幅、调相和SWEEP需要）●对外部调制源送入的调制信号通过ADC进行采样，采样后产生相应的调制波形数据●进行调制源选择●产生Burst调制所需的清零控制信号g)触发模块●产生内部触发信号●对触发信号进行触发极性选择●进行触发源选择h)同步Marker模块●产生同步Marker数字信号●对产生的Marker数字信号进行幅度控制等i)方波产生模块●在Stratix3及其以上的器件中实现，通过数字的方法产生占空比精密可调的方波信号、脉宽精密可调的脉冲信号以及PWM调制波形信号3）模拟通道模块（根据模拟输出的指标不同而略有区别）a)滤波器模块b)脉冲沿调整模块c)幅度控制模块d)衰减模块e)放大模块f)加偏模块一、任意波形发生器的接口及指标1、主输出：波形信号的输出主要指标包括：工作模式：连续、触发、门控、序列输出特性：输出样式：单端或差分输出阻抗：50欧姆或75欧姆输出幅度范围、分辨力、准确度输出偏移范围、分辨力、准确度输出波形种类、频率范围、频率准确度输出正弦信号谐波失真、非谐波失真、SFDR、相位噪声方波上升、下降时间、占空比、过冲调制波形种类以及调制的参数（具体在调制部分再介绍）DAC垂直分辨位数存储深度2、时钟电路部分（通道共用）（1）内部参考输出：输出仪器内部晶振产生的参考时钟信号，该信号可用于同步多台任意波形发生器，或同步任意波形发生器和其它仪器。
使用高性能AWG产生雷达信号
使用高性能AWG 生成雷达信号应用指南图1.泰克AWG70000 (图1)系列任意波形发生器(AWG)可以实现高达50GS/s的采样率及10位垂直分辨率、20 GHz可用带宽、16G样点波形内存及杰出的SFDR (无杂散动态范围)特点。
这种性能水平可以直接生成现代雷达要求的全面调制的射频/微波信号。
而对性能较低的AWG或传统矢量信号发生器(VSG)来说，很多重要的要求是不可能实现的。
本文旨在介绍AWG70000系列的特点和性能水平对支持不同雷达技术能力的影响，以及可以怎样利用该仪器的灵活性特点，补偿内部/外部器件的不理想特性，仿真真实世界目标目标和条件。
1 引言生成雷达信号是信号发生器最具挑战性的任务之一。
载频、调制带宽及大多数情况下脉冲式特点相结合，带来了现有仪器难以满足的一系列要求。
雷达系统的复杂性不断提高、复杂调制技术(如OFDM或UWB)的应用不断增长和成功进行测试提出的信号质量要求，给雷达测试应用的激励设备带来了严格的限制。
由于需要仿真相控阵天线或最新MIMO 结构中的多天线雷达系统，工程师必需生成紧密控制时序和相位对准的多个信号。
传统上，雷达信号生成一直结合使用某种基带信号发生器和RF/微波调制器实现，其通常共享同一台设备。
泰克AWG70000系列任意波形发生器(AWG)不仅可以成功地应用到这些结构中，其性能水平还可以直接生成载波高达20GHz (超过Ku频段)的雷达信号，而且信号质量、经济性、可重复性都要远远高于传统解决方案。
本文专门介绍了可以怎样应用AWG70000系列发生器，满足多种雷达信号生成要求。
2 生成雷达信号2.1 雷达和EW信号的具体特点雷达系统使用的载频几乎覆盖了所有可用的无线电频谱，从远距离雷达和地面监控雷达，直到某些高分辨率的小型军用雷达和民用雷达中使用的毫米波。
但是，绝大部分雷达系统在18GHz以下的频率(Ku频段)运行。
雷达公式表明，距离会随着功率提高而最大化，空间分辨率则会随着脉冲变窄而提高(图2)。
典型的光器件AWGPPT课件
目前国外已有成熟 产品，但国内尚无
•15
5.实用化AWG的性能要求
小的中心波长偏移 宽的通带光谱响应 低的插入损耗 低的信道串扰 低的偏振相关性 平坦光谱响应
•16
典型的AWG产品性能
•17
AWG的典型参数
通带宽度 通带起伏 偏振依赖损耗
通带宽度
通带起伏
偏振依赖损耗
•18
的波长路由器等 ，是互易性的
特点：通道数多，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块
衬底上
阵列波导
输入波导 输入耦合器
输出波导 输出耦合器
•2
2.工作原理——罗兰圆与凹面光栅
罗兰圆的半径为r，凹面 光栅的曲率半径为R=2r ，二者内切且罗兰圆通 过光栅中心。
通过光路分析及近似可 得，罗兰圆上任一点发 出的光，经凹面光栅衍 射之后仍聚焦在罗兰圆 上，不同衍射级次对应 不同衍射角。
(WGRs)
相同的波长可承载不同的信号从不同的输入端口输入，并 且不会在输出端口发生碰撞。
11,21,13,14 12,22,23,24 13,23,33,34 14,24,43,44
AWG
11,22,33,44 14,21,32,34 13,24,31,24 12,23,34,14
•12
AWG的应用-波长路由
腔1
0 3腔
滤 波 器 的 传 输 /谱dB
玻 璃衬 底
多腔与单腔相比， 通带顶部更加平坦，
边缘更为尖锐
－ 10 － 20
－ 30
－ 40
0.996
0.998
1 0 /
2腔 1腔
1.002
1.004 •9
TFF技术的波分复用器
介质薄膜滤光片 光纤准直镜
AT-AWG-GS 2500任意波形发生器使用手册
-68 dBc,
-68 dBc,
-56 dBc,
-2dBm (0.5Vp-p)
+4dBm (1Vp-p)
+8dBm (1.5Vp-p)
-65 dBc
-59 dBc
-52 dBc
-2dBm (0.5Vp-p)
+4dBm (1Vp-p)
+8dBm (1.5Vp-p)
-60 dBc
-55dBc
-46dBc
650Mh（z 1Vp-p 无滤波）， 1Ghz(0.5Vp-p),typical
typical 550Mhz(1Vp-p 滤 波 ) ，
typical
<4% (1Vp-p)
<3% (0.5Vp-p)
<6ps
<4ps
2.5GS/s 时 <150ps
2.5GS/s 时 <120ps
600Mbit/s PN 15 模式下 600Mbit/s PN15 模式下
数字数据输出 通道数 输出标准 连接器 数字通道（所有通道都采用相同的采样率） 之间的菱形失真调整 范围(依赖于采样率) 分辨率 垂直储存器深度 ARB 模式下最大更新速率 DDS 模式下最大更新速率
±0.5 的采样周期 待定 待定 待定
SMA
2V-5.5V <5mV 理论上 50 Ω
Infiniband 12 路连接器 2
<10mv ±(2.5%共模输出电压范 围+5mv)
330ps，typ (单端脉冲 0.5Vp-p)
带宽计算值（0.35/T10-90）
过冲 时钟模式下的随机抖动，typ 总抖动
相位噪音（dBc/Hz） (内部时钟，2.5GS/s),typical 10Mhz 100Mhz 156Mhz 312Mhz 625Mhz（直接数模转换输出）
AWG工作原理
m+1级衍射
FSR m 0nc
o
mng
峰
m级主
Nmax
int
FSR
int
0nc mng
o m
衍射极
m够与大的o话，成正的比m，+m1级足 大
4.AWG性能分析
1.中心频率偏差：中心频率与实际中心频率之 差。对于WDM系统来说，由于信道间隔比较 小，一个很小的信道偏移，就有可能造成极大 的影响。因此，ITU-T建议左右不超过10%。
d
ng nc
1
R nsncd 2
mng
自由光谱区
nsdi ncL nsdo m
nsdi ncL nsd (o m ) (m 1)
两m 个第角衍m间射和距峰m+之1间两的个波衍长射范峰围的称为m自 由ns0d光谱区
在输出凹面光栅上相邻阵列波导的某一波长的输出光
具有相同的相位差，对于不同波长的光此相位差不同,
∠SQC=∠CQP=∠SRC=∠CRP
∠CQP'=∠CRP'=
G光栅面，Q是光栅面中 点，C是曲率中心。
如果圆的直径足够大， 假定R在圆K上就不致有 多大的误差。
圆K上任一点S来的光将 近似地被反射到圆上的 另一点P，同时被衍射到 圆上另一些点P′， P″，……，这些点分别 是各序衍射光线的焦点。
通过光路分析及近似可得， 罗兰圆上任一点发出的光， 经凹面光栅衍射之后仍聚
阵列波导区域相邻波导间的
AWG的工作原理 长度差是固定的，记为ΔL
传统的衍射光栅的光栅方程为， m (m 0,1,2)
任意波形发生器和 20 μs 间隔的数字转化能力
在当今科技发展迅猛的时代，任意波形发生器和20 μs 间隔的数字转化能力正日益成为电子领域中的热门话题。
这两个领域的技术不仅能够广泛应用于信号处理、通信系统、医学影像等领域，而且在工业自动化、航天航空等领域也有着重要的地位。
本文将从几个角度深入探讨这两个技术的原理、应用和未来发展趋势。
一、任意波形发生器的原理及应用1. 什么是任意波形发生器？任意波形发生器是一种可以生成任意波形的信号源器件，它不受限于特定的波形形状，能够按照用户的要求产生各种复杂的波形信号，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
这种灵活性和多样性使得任意波形发生器在电子测试、通信系统、声音合成等领域有着广泛的应用。
2. 任意波形发生器的工作原理任意波形发生器通过数字信号处理技术，将数字信号转换为模拟信号输出。
在数字信号处理阶段，用户可以通过预置的算法或者自定义的算法，生成任意形状的波形数据。
随后，这些波形数据经过DA转换器，转换为模拟信号输出。
任意波形发生器的核心技术包括数字信号处理和数字模拟转换。
3. 任意波形发生器的应用领域任意波形发生器广泛应用于各种领域，包括信号发生与测试、通信系统测试、声音合成与处理等。
在信号发生与测试领域，任意波形发生器能够产生各种复杂的波形信号，满足不同信号源的要求。
在通信系统测试领域，任意波形发生器可以模拟各种复杂的通信信号，对通信系统进行性能测试。
在声音合成与处理领域，任意波形发生器可以生成各种音频信号，实现声音的合成和处理。
二、20 μs 间隔的数字转化能力的原理及应用1. 20 μs 间隔的数字转化能力是什么？20 μs 间隔的数字转化能力是一种数字信号处理技术，能够在20微秒的时间内对信号进行采样和转换。
这种技术具有高速、高精度的特点，能够应用于很多要求高速信号处理的场合。
2. 20 μs 间隔的数字转化能力的工作原理在20 μs 的时间内，数字转化器能够对信号进行快速的采样和转换。
它利用高速时钟和专门的采样电路，能够在极短的时间内完成对信号的数字化。
任意波形发生器
1绪论1．1任意波形发生器的发展历程任意波形发生器(Arbitrary Wave Generator)是在1975年开发成功的，从此，信号发生器产品增加了一个新品种。
在任意波形发生器作为测量用信号激励源进入市场之前，为了产生非正弦波信号，已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等几种特殊波形。
声音和振动分析需要复杂调制的信号源，以便仿真真实的信号，只有借助任意波形发生器，例如医疗仪器测试往往需要心电波形，任意波形发生器很容易产生各种非标准的振动信号。
早期的任意波形发生器主要着重音频频段，现在的任意波形发生器已扩展到射频频段，它与数字示波器（DSO）密切配合，只要数字示波器捕获的信号，任意波形发生器就能复制出同样的波形。
在电路构成上，数字示波器是模拟/数字转换，任意波形发生器是数字/模拟的逆转换，目前任意波形发生器的带宽达到2GHz，足够仿真许多移动通信、卫星电视的复杂信号。
生产数字示波器的仪器公司一般都供应任意波形发生器，如安捷伦、力科、泰克公司，也有只生产任意波形发生器的公司，如雷科、斯坦福公司。
仪器有台式、PC机虚拟、VXI总线、PXI总线等多种方式，大部分产品只有1路输出，有的高达16路输出。
仪器采样率从最低的100KS/s到4GS/s，相当实时带宽50kHz到最高的2GHz。
产生任意波形的方法主要有两种：即存储器和直接数字合成（DDS），前者电路比较简单，分两种形式：相位累加器式与计数器式，但需要较深的存储容量。
任意波形发生器的波形定义主要有面板设定、方程式设定、波形下载、软件设定、数字示波器下载、内置编辑器等多种。
1．2任意波形发生器的发展趋势及应用任意波形发生器的应用非常广泛，在原理上可仿真任意波形，只要数字示波器或其它记录仪捕捉到的波形，任意波形发生器都可复制出，特别有用的是仿真单次偶发的信号，例如地震波形、汽车碰撞波形等等。
任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前实时带宽超过1GHz的产品比较少，而且分辨率只有8位，不能满足快速发展的移动通信和高速网络的测量要求。
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awg任意波形发生器原理
AWG（Arbitrary Waveform Generator）是一种用于产生任意波形信号的仪器。
它采用了数字信号处理技术，可以根据用户的需求生成各种复杂的波形信号，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
在科学研究、工程应用和教学实验等领域都有广泛的应用。
AWG的主要原理是通过数字信号处理技术对数字信号进行处理，然后通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
具体来说，AWG内部有一个高精度的时钟，它可以产生一个稳定的时钟信号，作为数字信号生成的基准。
用户可以通过操作界面或计算机软件输入数字信号的波形数据，AWG根据这些数据生成相应的波形信号。
AWG内部的数字信号处理单元可以对输入的数字信号进行多种操作，如幅度调制、频率调制、相位调制等。
用户可以根据需要对波形信号进行各种定制化处理，以满足实际应用的要求。
同时，AWG 还可以通过外部触发信号实现信号的同步输出，以保证多个信号源之间的相位一致性。
AWG的输出信号可以通过前端的放大器和滤波器进行进一步的处理，以达到用户期望的信号质量。
放大器可以调节输出信号的幅度，滤波器可以去除杂散和噪声，使输出信号更加纯净和稳定。
AWG的优点是灵活性高、波形精度高、频率范围广等。
通过数字信号处理技术，AWG可以生成复杂多变的波形信号，满足各种应
用场景的需求。
同时，AWG的输出信号具有较高的精度和稳定性，可以满足对信号质量要求较高的应用。
此外，AWG还具有多通道输出、相位同步等特点，可以方便地应用于多通道信号的生成和同步控制。
在实际应用中，AWG被广泛应用于信号源、电子测量、通信系统、声学研究、生物医学等领域。
例如，在通信系统中，AWG可以模拟各种信号源，用于性能测试和验证。
在声学研究中，AWG可以产生各种复杂的声音信号，用于研究声音的特性和传播规律。
在生物医学领域，AWG可以模拟各种生物信号，用于研究和诊断。
AWG作为一种用于产生任意波形信号的仪器，通过数字信号处理技术实现了信号的灵活生成和定制化处理。
它在科学研究、工程应用和教学实验等领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，AWG的性能将进一步提高，应用范围也将更加广泛。