信号源基础

1. 信号源基础 宋磊 泰克分销业务部

2. 培训内容 • 泰克的4＋2战略 • 信号源的作用与分类 • 信号源的指标 • 任意函数发生器的原理 • 任意函数发生器的应用 • 任意函数发生器的基本操作

3. Tektronix Strategy Oscilloscopes Video Mobile Protocol Logic Analyzers 4 +2 Real-time Spectrum Analyzers Signal Sources

4. 227 205 176 165 155 154 $M 144 139 信号源市场 • Tektronix FY04 Growth • All SSPL 43% • China AFG 58% • Market CAGR 6% • FY03 to FY07

5. 3% 7% 3% 17% 19% 11% 13% 11% 9% 7% 4.8 5.6 4.8 3.9 3.0 1.3 3.0 1.3 7.4 8.2 信号源市场 • Worldwide by Industry – FY04 Computer Consumer Medical Auto / Tran Others Gov. Elec. Education Industrial Control Video/T&M Comm. Market Size [$ M] 100% 43.3

6. 信号源市场 中国教育市场估计 – FY05

7. AFG300中国业绩

8. 战略方向 Pulse/Data/ Pattern/Clock Sources Develop strong #2 position Logic Performance Sources (Greater than $15k) Analog / Digital Sources (AWG) Strengthen leadership position Mixed Pulse/Data/ Pattern/Clock Sources Logic Value Sources ($1k to $15k) Analog / Digital Sources (AFG) Transform the market Mixed

9. ArbExpress AWG/AFG products Oscilloscope Airbag Sensor Sensor Signal 产品之间的关系 Airbag Deploy-ment System

10. 低端任意函数发生器市场

11. 测试设备 示波器 逻辑分析仪 频谱仪。。。 信号源 待测单元 输入激励 输出响应 信号发生器概述 • 信号发生器的作用 • 激励源 • 信号仿真 • 校准源

12. 目标客户 • 电子设计工程师，生产测试工程师，维修工程师，需要的信号频率 < 16 MHz • 选择任意函数发生器的理由 • 需要不只一种的测试信号类型，产生真实的信号 • 可以从示波器直接传送捕获的波形，并且再现 • 轻松创建任意波形 • 目标行业: • 汽车/铁路 • 工业电子，电力电子 • 生物，化学 • 半导体 • 消费电子 • 教育 • 国防

13. 用户的需求 • 需要方便快捷的重现一个系统中出现的异常信号 • 需要一个在一定范围内变化的信号 • 需要一个混合信号（数字，模拟）激励 • 需要各种不同的信号激励，它能代替传统的信号合成器，函数发生器，脉冲发生器，扫频源...。

14. I d e a l I n p u t C o r r e c t O u t p u t Corrupt I d e a l S i g n a l U n i t U n d e r S o u r c e T e s t C o r r u p t e d I n p u t I n c o r r e c t O u t p u t p With U n i t U n d e r T e s t A W G / A F G 任意函数发生器的用途 • 改 变 理 想 信 号 为 信 号 异 常 或 噪 声 干 扰 • 创 建 异 常 信 号 库 进 行 重 复 测 试 • 利 用 数 字 示 波 器 捕 捉 现 实 世 界 的 异 常 信 号 作 抗 干 扰 测 试

15. T r a n s d u c e r s i g n a l Simulate C i r c u i t t h a t i n t e r p r e t e s T r a n s d u c e r t r a n s d u c e r s i g n a l Corrupted C i r c u i t t h a t p i n t e r p r e t e s With t r a n s d u c e r A W G / A F G s i g n a l U n m o d i f i e d 任意函数发生器的用途 • 替 代 传 感 器 作 为 信 号 源 • 边 界 测 试 易 于 加 扰 • 生 产 测 试 上 有 更 好 的 重 复 性 • 元 器 件， 电 路 和 系 统 的 模 拟与仿真

16. Replace These... Digital Pattern Generator Analog Generator Mixer AWG & AWG With p RF Generator 任意函数发生器的用途 • 复杂信号的调制

17. Replace These... Specialized Signal Generator Unit Under Test p Unit Under Test With AWG/AFG 任意函数发生器的用途 • 代替专用信号源

18. F u n c t i o n G e n e r a t o r P u l s e p Replace These... G e n e r a t o r With S w e e p A W G / A F G G e n e r a t o r S y n t h e s i z e d S i n e w a v e G e n e r a t o r 任意函数发生器的用途 • 代替传统信号源

19. 工业电子/电力电子 应用 描述 使用信号源进行功能测试 设计与验证： – 工业控制设备 – 步进电机 – 开关电源控制回路 – 振动信号模拟 – 负载变化测试 模拟： – 传感器信号 – 控制设备信号 – 信号的畸变 – 谐波

20. 仿真物理量到电量的过程（振动， 冲击，应变，速度等传感器） 的信号 模拟畸变 汽车/铁路/交通运输 应用 描述 使用信号源进行功能和性能验证:– 电子点火 – 气囊控制– ABS刹车系统 – 空调系统 – 汽车总线系统 – 铁路“黑匣子”

21. 生物/化学 应用 描述 设计与验证– 心跳信号发生器– 医学波形分析仪 – 加热设备监控 – EEG, ECG 设备 – 血气分析仪 – 肌肉模拟 – 血压测量 模拟低频“实时”的生理学信号

22. 半导体 应用 描述 设计与验证 – 模拟器件– 微处理器外接口 – AD和DA电路 – 总线模拟 电路频率响应 畸变模拟

23. 消费电子 应用 描述 模拟 – 输入传感器信号 – 噪声信号 测量电路频率特性 设计与验证– 智能家电 – 娱乐系统

24. 教育 应用 描述 教学 – 产生IQ信号 –产生不同频率，相位差的2路信号 代替扫频仪测量电路频率特性 教学– 电路频率响应测试 – 数字通信 – 产生李萨如图形 科研 – 各种应用

25. 政府机构 应用 描述 系统故障模拟 系统裕度测试 模拟现场环境 模拟传感器信号 TDS与AFG的互动 高精度的信号产生 波形编辑器

26. 从激励到测试报告 激励 探测 捕获 分析 报告 • 泰克以功能强大，灵活，价格经济的测量方案，满足教学和科研的各种测试需求

27. 泰克的全面测试方案 什 么 是 信 号 源? IBM PC 测试软件 测量 结果 激励 AFG AWG DG DTG 测量 TDS示波器 逻辑分析仪 频谱仪 DUT

28. 信号源种类－按信号类型分类 时域和频域信号源产品 RF 信号发生器 函数发生器 扫描发生器 任意函数发生器 频率合成器 噪声发生器 任意波形发生器 脉冲发生器 信号源工具 数据 / 模式发生器

29. 信号源的分类－按信号频率分类

30. 信号发生器的指标

31. 正弦信号发生器的性能指标 • 三大指标: • 频率特性 • 频率范围 • 频率准确度 • 频率稳定度 • 失真度和频谱纯度 • 输出特性 • 输出阻抗 • 输出电平 • 调制特性

32. 频率特性 • 频率范围 • 例如AFG310任意函数发生器的频率范围是0.01Hz ~ 16MHz, • 频率分辨率： • AFG300频率分辨率为7位,即最小可调频率分辨率为0.01Hz • 33220A最小频率分辨率为1uHz • 频率准确度 • 信号源显示的频率值与真值之间的偏差,通常用相对误差表示: • 其中f0为信号源刻度值,f为真值 • 低档信号源的频率准确度只有1%,而采用内部高稳定晶体振荡器的频率准确度可以达到10-8~10-10 • AFG310的频率准确度为50ppm

33. 频率特性 • 频率稳定度 • 频率稳定度是指在外界条件,环境不变的情况下,在规定时间内,信号发生器输出频率相对于设置读数的偏差值的大小 • 频率稳定度又分为长期频率稳定度(长稳)和短期频率稳定度(短稳) • 短稳: 经过预热后,在15分钟内,信号频率所发生的最大变化 • 其中f0为刻度频率,fmax和fmin分别为15分钟内信号频率的最大和最小值

34. 频率特性 • 长稳: 信号源经过预热时间后,信号频率在任意三小时内所发生的最大变化: • 正式的定义是 • 比如 +-50×10－6/1小时＋1KHz • 但是通常给出的指标形式不尽相同,例如: • 0.01%/小时 ,含义是每小时的频率漂移(,fmax-fmin)与预调值的比值是0.01% • 通常信号发生器的频率稳定度应该比频率准确度高1～2个数量级 • 33220A的频率稳定度为10ppm/90天，20ppm/年

35. 频率特性 • 失真度（Harmonic Distortion）与频谱纯度 • 理想的正弦波应该是单一频率，由于信号源内部的非线形元件造成信号产生非线形失真和谐波分量 • 通常用信号失真度来表示信号接近理想正弦波的程度，并用失真系数γ表示： • 其中：U1为基波有效值，U2,U3,…为各次谐波有效值 • 也叫总谐波失真（THD），通常在给定输出功率和特定信号频率下进行测量 • 一般低频信号发生器的失真度在0.1%~1%, 高档信号发生器可低于0.005% • 也可以用dB表示 THD＝ 20log （％），例如0.1%为－20dB

36. Voltage Time Frequency Voltage 频谱仪 示波器 从频域看正弦信号的指标 理想的正弦波

37. 总谐波失真的测量 f1 U1 amplitude U3 U2 U5 frequency

38. 总谐波失真的计算

39. 频率特性 • 失真度与频谱纯度（THD＋N） • 对于高频信号的失真度，通常用频谱纯度来评价，频谱纯度的测量方法就不仅考虑非线形失真，还考虑由非谐波干扰噪声造成的正弦波失真 • 通常要求 • 其中，Us是信号幅度，Un是高次谐波及干扰噪声的幅度,即频谱纯度＝THD＋N（噪声）

40. CW output measured as dBc/Hz Power Spectral Density frequency 相位噪声 33220A 相位噪声为偏置10KHz ，－115dBc/Hz

41. 输出特性 • 输出阻抗 • 低频信号发生器的输出阻抗通常为600Ω，高频信号发生器通常只有50Ω，电视信号发生器通常为75Ω • 信号发生器的输出幅度读数定义为输出阻抗匹配的条件下，所以必须注意输出阻抗匹配的问题： • 例如使用TDS1012直接测量信号源的输出信号，由于TDS1012输入阻抗只有1M Ω，因此，测得的信号幅度近似为信号源刻度幅度的2倍

42. 输出特性 • 输出电平 • 输出幅度一般由电压或者分贝表示，指输出信号幅度的有效范围 • 还有输出幅度平坦度和稳定度指标 • 例如AFG310输出幅度为 • 33220A输出幅度范围为 • 33220A输出幅度精度为1％设置值 1mV

43. 调制特性 • 调频，调幅，调相，脉冲调制等 • 当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制，反之为外调制 • AFG300的AM只有外调制，FM和FSK只有内调制 • 33220A各种调制都可以有内外

44. x a)调制信号 O t uc O b)载波信号 t us c)双边带调幅信号 O t 调幅

45. 载波 Voltage Time 调制波 调幅的频谱和术语 时域 载波频率 调制波频率 频域

46. AM的频谱 Ec mEc/2 mEc/2 fm fm f fusf flsf fc fusf = fc + fm ; flsf = fc - fm ; Esf = mEc/2 Bandwidth, B = 2fm

47. AM信号－调制深度的变化 m = 1 m > 1

48. 调幅的公式表示 • us = Acsin(2pfct) [1+msin(2pfmt)] • 其中： • Ac为信号峰峰值， fc为载波频率， fm为调制波频率 • m为调制深度＝ 调制波峰峰值/载波峰峰值，线形AM常用％表示，对数AM用dB表示 • 例如 载波为1Vp-p, 100KHz，调制波为5KHz的线形调幅AM信号，可以表示为： • us＝ sin(2p×105×t) [1+0.1*sin(2p×5×103×t)]

49. FM－调频 载波 调制信号 FM

50. 调频 • 调频信号的频率为 fs (t)＝fc + kf em(t) • 其中kf是系统常数，em是调制波的瞬时幅度值 • FM的调制度 • 其中：fm是调制信号的频率，Fp是峰值频率偏移