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訊號產生器的不簡單任務
正確觸發理想訊號

【作者: 王岫晨】   2018年06月08日 星期五

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在測試和測量領域中,訊號產生器是測量儀器的主要類別之一,可為其他設備提供標準或是參考訊號。訊號有很多不同的類型,例如數位訊號、類比訊號、調變訊號、雜訊訊號和脈衝訊號等。每種不同訊號都有各自獨特的時間、頻率與振幅等特性。


若從訊號與系統的觀點來看,最基本的訊號是正弦波。但是,在許多情況下,訊號通常會在不同場合被廣泛應用,例如方波用於數位系統、調變訊號和雜訊用於通信系統中、脈衝訊號用於雷達系統,而任意波形則應用於各種不同的場合。通常集合了正弦波、方波與三角波輸出的訊號產生器,就稱為函數產生器。


產生訊號並進行量測

一提起測試量測,可能人們會想起的第一種儀器類型便是訊號採集儀器,這通常是示波器或邏輯分析儀。但是,只有在能夠擷取某些種類的訊號時,這些儀器才能進行量測。在許多情況下,這些訊號是採集不到的,除非在外部可提供訊號的狀況。例如,應力量測放大器不會產生訊號,而只會提高從感測器中收到的訊號功率。


類似的情況還包括數位位址匯流排上的複用器也不會產生訊號,而是引導來自計數器、寄存器和其他單元的訊號流量。但不可避免的是,必須在連接饋電的電路之前,先行測試放大器或複用器。為了使用擷取儀器量測這些裝置的行為,工程師往往必須先行提供一個訊號輸入。


另一個例子是,工程師必須檢測新出現的電路,並保證新的硬體在全部操作範圍及之上的範圍內,能夠滿足設計規範,這稱之為餘量測試或極限測試。這一類型的量測任務要求完整的解決方案,這種解決方案不只要能夠產生訊號,還得進行量測。


數位電路的檢定系列工具,與類比及混合訊號電路不同,但這兩者都必須包括訊號的觸發儀器和擷取儀器。訊號產生器或訊號源便是與擷取儀器配套使用的激發源,這是構成完整量測解決方案的兩個單元。此兩個工具通常會接在DUT待測裝置的輸入端子和輸出端子上,在不同的配置中,訊號產生器可以透過類比波形、數位資料碼型、調變、故意失真、雜訊等形式,來提供觸發訊號。因此,為進行有效的設計、檢定或疑難排解量測,便應該同時考慮解決方案中的這兩個單元。


圖1 : 訊號產生器及擷取儀器組成常見的量測解決方案。
圖1 : 訊號產生器及擷取儀器組成常見的量測解決方案。

觸發訊號

訊號產生器顧名思義,正是作為觸發電子量測訊號源的儀器。大多數的電路會要求某種振幅隨時間變化的輸入訊號,這些訊號可以是真實的雙極AC1訊號(峰值在接地參考點上下振盪),也可以在DC偏置範圍內變化(其數值可正可負),或者也可以是正弦波或其他類比函數、數位脈衝、二進位碼型,或純任意波形。


基本上,訊號產生器可以提供「理想」的波形,意思是訊號產生器可以在其所提供的訊號中,增加已知的、或者數量和類型可重複的失真與誤差,這正是訊號產生器的最大特點。因為電路本身通常不太可能只在所需的時間和地點出現可以預測的失真,而這些失真的訊號,可以讓DUT進行正常效能條件之外的極限情況測試。


建構不同波形

目前,大多數訊號產生器都是採用數位技術,許多訊號產生器可以同時滿足類比訊號和數位訊號的要求,但最高效能的解決方案往往是針對類比或數位應用來優化功能的訊號產生器,例如任意波形產生器(AWG)和函數產生器便主要是針對類比訊號應用和混合訊號應用。


這些儀器採用不同的取樣技術,來構建或者改變任何可以想到的波形。一般來說,這些產生器會有1至4個輸出,在某些AWG中,還使用了單獨的標記輸出來協助觸發外部儀器,或者以數位形式來表示每個樣點資料的同步數位輸出,以補充這些主要的類比輸出取樣。


數位波形產生器則包括兩類儀器。一種是脈衝產生器,可驅動來自少量輸出的方波或脈衝流,其頻率通常非常高,這些儀器最常用於執行數位裝置的測試。至於碼型產生器(也稱為資料產生器或資料定時產生器),一般可提供8條、16條甚至更多的同步數位脈衝流,可作為電腦匯流排、數位電信單元的觸發訊號。


【解決方案】

羅德史瓦茲RTB2000/RTM3000/RTA4000數位示波器

台灣羅德史瓦茲:「這是物超所值的數位示波器!」


R&S RTB2000/RTM3000/RTA4000 此三款是R&S新一代示波器系列,以「Power of Ten」10位元垂直解析度、10.1吋顯示螢幕、10倍數的擷取記憶體等為設計概念。頻寬選擇從70MHz到1GHz ,提供靈活的選擇;同時亦提供多種升級選項,包括16個數位通道的整合邏輯分析儀(MSO) 、多種協議解碼和觸發選項、任意波形及訊號產生器。


R&S RTC1000 除了示波器標準功能外,更整合了數位電表、元件測試儀、函數產生器等多種功能;精簡的機構設計同時擁有九種功能於一體,讓使用者在占用最少空間的情況下進行各種測試,是一款物超所值的數位示波器。



圖2 : 羅德史瓦茲RTB2000數位示波器
圖2 : 羅德史瓦茲RTB2000數位示波器圖片來源:rohde-schwarz.com

太克科技訊號產生器

太克科技大中華區產品技術總監陳湘俊:「我們的儀器擁有業界最快的擷取速度!」


Tektronix訊號產生器涵蓋多種應用,從複製感應器訊號、到建立射頻和最快速的高速串列資料訊號。每個多功能訊號產生器都可以建立幾乎無限的訊號數量,不論是類比或數位、完美或扭曲、標準或自訂。從直接合成高速序列資料波形(用於進行簡易接收器測試),到最多功能的任意函數產生器(用於一般激發訊號),Tektronix都可針對各種除錯挑戰,提供適用的訊號產生器。



圖3 : 太克科技AWG5000任意波形產生器
圖3 : 太克科技AWG5000任意波形產生器圖片來源:tektronix.com

是德科技信號產生器

是德科技台灣區總經理張志銘:「這是最值得您信賴的信號產生器。」


是德科技擁有機種最齊全的信號產生器,具備同級產品中最佳的效能,不論需要的是可追溯的計量級解決方案,或是經濟實惠的基本信號產生器,是德都能滿足這些量測需求。是德的信號產生器,以逼真的模擬信號和最高的信號完整性,來激發裝置。並提供3年校驗週期和完整的自我維護解決方案,可有效降低整體擁有成本。這是值得信賴的微波信號產生器,全球各地數以百計的專案,都已經部署了成千上萬個是德科技的信號產生器。



圖4 : 是德科技N5193A UXG X系列高靈敏度信號產生器
圖4 : 是德科技N5193A UXG X系列高靈敏度信號產生器圖片來源:keysight.com

NI OWON AG-S系列單通道高頻任意波形訊號產生器

國家儀器技術行銷經理潘建安:「我們的儀器提供彈性強大的軟硬體功能。」


產品特色


● 採用先進的DDS 技術,150MHz 最高輸出頻率


● 400MSa/s 最高采樣率,頻率分辨率1 μ Hz


● 14 bits 垂直分辨率,1M 點任意波形長度


● 豐富的波形輸出:5 種基本波形,內置45 種任意波形


● 豐富的調製功能:AM 、FM 、PM 、FSK 、PWM 以及輸出線性/ 對數掃描和脈衝串波形


● 可與EDS-C 系列數字示波器無縫互連


● SCPI 通信功能


● 4吋(480 x 320 像素)高分辨率TFT 液晶顯示應用


● 電子線路檢測電路功能測試設計,與製造測試教育和技術培訓等。



圖5 : OWON AG-S系列單通道高頻任意波形訊號產生器
圖5 : OWON AG-S系列單通道高頻任意波形訊號產生器圖片來源:owon.com
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