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  • 从函数发生器更多获益的8项提示

    中国教育装备采购网2006-06-07 10:14围观1128次我要分享

    软件,微处理器和显示技术的进步扩展了现代函数发生器的能力。最新型号的函数发生器能产生各种信号, 包括常用波形,任意波形和复杂的调制波形。许多仪器用直接数字合成技术(DDS)产生稳定、精确、纯净和低失真的正弦波输出。DDS也用于产生具有快上升和下降时间的方波。

      函数发生器的其它能力使您能更灵活地测试器件。这篇应用指南中的各项提示将帮助您更好利用函数/任意波形发生器的种种优点, 从而更好和更容易地完成您的任务。

    提示1更快完成一般性任务的技巧
      很好地组织和清楚地标记用户界面能使您容易地设置和调整输出信号无论是简单的正弦波还是复杂的任意波形。高效的界面将能容易地运用这里介绍的各项技巧。

    技巧:选择输入/调整参数的最好 方法, 用输入按键还是用旋钮?
      您能用旋钮或输入按键调整参 数。如果您要把发生器调整到特定设置,例如1230kHz,则应使用输入按键。旋钮更适于实时地调节或调 谐频率。用旋钮下面的箭头高亮您 要调整的位数(量级)。

    技巧:充分利用软键的好处
      软键通过只显示与您任务相关的参数和单位而加快设置过程。例 如在您改变幅度时,软键被定义为VRMS 或VP-P;而在配置正弦波时,同样这些软键则标记为“frequency”,“amplitude”和“DC offset”。在用软键调整参数时,您始 终应从左到右进行。

    技巧:用图形显示设置复杂信号
      用“Graph”键激活图形显示, 它能使您快速设置较为复杂的信号,如调制波形或任意波形。在您调整参数,如调制深度时,可在图形显示上看到调制信号的变化。

    技巧:为日后使用保存设置
      当您为输出所要信号配置好了函数发生器后,花一些时间保存该 状态。以后只需按一个按钮,就能调 出所保存函数发生器的全部状态。为更容易调用,甚至可为您的状态命名(如“VENTURI”,“JIMS”或“ACME_LAB”),而不必去记忆所保存的位置号。

    提示2为什么函数发生器输出是编程设置电压的两倍
      作为默认设置,Agilent 函数发生器显示的是 50Ω负载端接时的电压。当使用高阻抗设备,如示波器测量函数发生器输出时,波形似乎是函数发生器显示电压的两倍。
      为矫正这一差异,您可把示波器输入阻抗从标准高阻抗变为50Ω端接( 并非 所有示波器都能这样做)。另一种解决方案是在示波器的输入BNC上增加一个50Ω馈通。
      其它常用阻抗有25, 75, 93, 135,150 和 600Ω。视频系统更常用 75Ω, 而许多声频系统则使用平衡 600Ω 终端。如果函数发生器输出不以50Ω负载端接,就可能需要通过调整输出电压补偿不同的阻抗。对于50Ω源,可按下式计算阻抗(R)上的要求电压:
    Vmeasured =V[R/(R+50)],
    这里 V= 2 ×显示值,或Vmeasured = 显示值[2R/(R+50)]    Agilent 33220A 和 33250A 函数发生器有这一计算能力,并能直接显示所要电压。包括可把输出端接 设置为从 1Ω 至 10kΩ,或无限大的任何阻抗。例如若把输出端接设置 为 75Ω,发生器接到具有 75Ω 端接(或 75Ω 馈通)的示波器,那么函数发生器的显示就与示波器显示一致。

    图 2. 当您把 50Ω 负载加至函数发生器输出,即如左图所示情况,测量电压和显示电压将相同。

    提示3生成任意波形的两种容易方法
      现代任意波形发生器使用直接 数字合成(DDS)技术,您能用两种 方法创建任意波形:使用前面板定义波形,也可从 PC 或示波器下载波 形。您可在 PC 图形用户界面上通过 Agilent免费 IntuiLink 软件创建任意波形,然后把它下载到函数发生器。 您也可从 Agilent 示波器捕获波形,并将其输入至 IntuiLink。在波形输入后,就能用 IntuiLink 的编辑功能平滑波形,加入噪声,或通过编辑创 建一个周期。可从 www.agilent. com/find/intuilink 得到最新版的 Intuilink。
      图形用户界面和线性内插使其易于从发生器前面板创建简单波形。 当您创建任意波形时,可使用全部垂直分辨率定义幅度。许多函数发生器使用 -1 至 1 的标度;定义波形值在 0 和 1 之间,这样就只有一半的幅度分辨率。
      在创建任意波形时,函数发生 器始终复制有限长度的时间记录, 以周期性方式产生存储器中的波形。 但如图 3 所示,信号的形状和相位有可能产生终点处的不连续。创建的任意波形应是一个周期或整数倍 周期, 从而避免造成频域泄漏误差的 这一不连续性。
      发生器的输出应以规定速率输出整个任意波形。当任意波形被定义为多周期时,实际输出频率可能高于规定速率。例如若波形定义为正弦波的10个周期,输出为1kHz,那么实际频率将是10kHz。


    提示4用函数/任意波形发生器产生脉冲
      基本测量应用,如触发信号,时 钟信号和逻辑控制一般不需要专门 的脉冲发生器。通常您可用相对便 宜的通用函数发生器由三种方法创 建脉冲。
      方波:大多数函数发生器都可 通过改变方波占空比,一般在 20% 至 80% 而创建脉冲。您也能使用突 发模式实现更高或更低的占空比, 此时您可输出一个方波周期( 脉 冲),在等待规定周期后发送下一个 脉冲。
      任意波形:您能使用函数/任 意波形发生器的任意波形能力定义 所要的形状和参数,来创建各种各 样的定制脉冲和码型。虽然这并不 是最容易的方法,但却具有最高的 灵活性(仅受存储器深度的限制)。 为得到最好结果,应使用所有可得 点描述脉冲。使用越多的点就能得 到越好的时间分辨率。 也可用 IntuiLink 软件(提示 3)简化在 PC 上创建任意波形的任务。
      脉冲模式:许多较新的函数发生器,如 Agilent 33220A 和 33250A 函数/任意波形发生器有内置的脉 冲能力,使您能以容易和灵活的方 法产生脉冲。您只需规定脉冲的主 要参数:周期,脉冲宽度和沿时间(上升 / 下降时间)。
      在所有三种情况中,您能用突发模式输出多个周期(N 周期的突发),以创建更长和更复杂的脉冲列。如果有适用的外部闸门信号,就也可用突发模式创建选通突发。
      在您把函数发生器配置为产生脉冲或脉冲列后,就可用突发模式和触发进一步定义输出。您可用触发创建一个脉冲或脉冲突发。大多数函数发生器能接受作为输入的外触发,以及提供外触发信号。如果需要,您也可设置延迟编程,或从前面板使脉冲偏离外触发。


    提示5用函数发生器创建 PWM 波形
      脉冲宽度调制(PWM)提供用 数字控制逻辑模仿各种设备,如调光器,电动机和汽车引擎控制器中模拟控制的简单方法。为帮助测试这类控制电路,许多函数发生器能 产生多种 PWM 信号。
      可从作为每一 PWM 信号基础 的最简单方波开始。50% 占空比等 效于半功率的稳态控制信号。大多数函数发生器的占空比变化范围为20% 至 80%,因此可用于查找 PWM 信号控制设备的故障(如提示 4 所述,您能用突发模式实现更低的占 空比)。
      另一种创建 PWM 信号的方法是使用发生器的任意波形能力。但 这种方法有极大的限制:各脉冲有固定的占空比。为改变占空比或脉冲数等参数,您必须编辑整个任意波形,或通过修改创建新波形。
      最常用的解决方案是使用具有内置PWM能力的函数发生器, Agilent 33220A 就是一个极好的例子,它是替代专用脉冲发生器的低价解决方案。有了 33220A,您就能快速访问所有 PWM参数(频率,幅度和偏差),容易地编辑和试用波形。也可把内部或外部波形作为调制源。
      这些能力使 33220A 有可能在系统评估中用于仿效数字控制设备。 例如测试汽车引擎中的文氏管需要PWM 信号,调制三角波将逐渐打开和关闭文氏管(见图 5)。您可使用几条前面板命令,把33220A 配置为仿效驱动文氏管的引擎控制电路。


    提示6如何连接两台或更多台信号发生器,以构成多通道的波形发生器
      连接两台或更多台信号发生器, 以构成多通道波形发生器相当简单。 这项技术适用于所有类型的波形: 正弦波,方波和任意波形。
      具有外参考时钟的波形保持彼 此间固定的相位偏置,并且没有漂 移。为从外部锁定两台或更多台单 通道源,您需要通常称为“外参考” 的公共时钟信号。
      如果您要组合多台 33220A 单 通道函数/任意波形发生器,就需 要在各台发生器中增加外参考选件, 以接受外参考信号。更高性能的 33250A函数/任意波形发生器包括 作为标准特性的外参考能力。
      如果您正使用多台33220A 或33250A,就可用一台仪器通过 BNC 电缆向其它仪器提供外时钟信号。 当发生器被锁定后,您就能设置两 台发生器的实际相位差。用示波器 或通用频率计数器观察两台仪器间 的相位关系。也可通过源的前面板 或编程改变该相位关系。
      此外,也可用公共触发信号触 发这两台发生器。33220A和33250A 上都有第二个 BNC 插座,因此能用 一台发生器的 Trig In/Out BNC 触发 其它发生器。在触发 33220A 时,共 享公共触发会造成 20ns 或更小的相 位偏移,触发 33250A 时为 1 ns。这 一精度低于示波器或计数器,但可 手动调整这一偏移。
      应注意数字函数发生器只能锁 定于 10MHz。大多数发生器能锁定 在具有有限范围的这一频率上(数 字电路和精密时钟不能为与外时钟 匹配而“拉”得过远),虽然有些发 生器也允许主频或多个频率的谐波。 在函数发生器的相位被锁定到其它 函数发生器时,两台发生器将有未 知的相位偏移。通常您能手动调整 相位,或使用公共触发使波形同时 开始。


    提示7在函数发生器输出上增加 DC 偏置
      大多数函数发生器都有可加至 任何波形上的内置DC偏置。33220A 和 33250A 的内置偏置功能可用于 任何波形,从而在50Ω负载上产生-5Vdc 与 +5Vdc 间的任何幅度与偏置 组合。对于需要更大偏置的应用,您 可用外电源产生附加的偏置。用外 电源建立 DC 偏置应遵照下列步骤:
    1. 函数发生器需通过与地的隔离而“浮置”。33220A/33250A 能浮置 于地电平上 42V(输出加 DC 偏置)。最大 DC 偏置的计算是从42V 减峰输出。
    2. 需要串联直流电源。电源并联时 不能用 BNC- T。
    3. 函数发生器的输出电压应小于
    42V。连接接地电源时可计算函 数发生器的输出电压。该输出电 压等于直流电源电压加发生器的 峰输出。
    下图为 33220A 与外电源及负 载的连接。
      连接 33220A 和 33250A 的容易 方法是使用后面板上BNC内经调制 的浮置地。您可使用 BNC 连接器的 负中心导体;把这条线接到电源高。 仅使用一条线把信号输出,即函数 发生器输出BNC的中心连接器接到 负载高端(不使用输 BNC 的屏蔽)。 负载低端接到电源低。最后把电源低接到大地。


    提示8用频率调制创建各种类型的扫描
      许多函数/任意波形发生器提 供扫描能力,或具有平滑改变从规 定开始频率到规定停止频率的能力。 这一变化速率通常为线性或对数, 并可通过把停止频率设置在开始频 率之上或之下来改变扫描的方向。
      但有些应用需要扫描的变化, 如步进扫描,这意味着要设置从开 始频率的频率增量,或到达停止频 率时的规定步进数。您可使用频率 调制创建步进扫描,或设置更为复 杂的码型步进。
      频率调制使用载波频率(中心) 和偏移,而不使用开始和停止频率, 在扫描和调制参数间需要进行某些“翻译”。
      与扫描一样,首先通过选择波 形形状、幅度和偏置设置基本波形。 下一步是送入作为波形频率的载波 频率:
    载波(中心)= (开始频率 + 停止频 率)/2
    打开频率调制,把源设置为内 部(而非外部)。根据开始和停止频 率设置偏移 ( 两 者 差绝 对值的 一 半):
    偏移 = | 开始频率 - 停止频率 | /2
    调制频率即等于扫描率的 倒数:
    调制频率 = 1/ 扫描时间
      现在选择扫描类型。向上的线 性扫描为正斜波。向下的线性扫描 为负斜波。三角波将是两个方向的 斜波频率。向上的对数扫描是指数。
      使用您发生器的任意波形特性, 就能在扫描库中增加更多的选择。 用阶梯波创建步进扫描,步进数就 等于所需要的分立频率数。
      图 8 所示的任意波形可用于创 建步进扫描。这一特殊波形输出从 开始频率到停止频率有 9 个分立频 率。调整这些步进的宽度将改变各 频率的持续时间(相对停留时间)。 调整这些步进的高度将改变输出的 频率。您可通过独立调整各步进的 停留时间和频率而创建码型扫描。


    术语表
    任意波形以数字方式定义和 放置在存储器中的波形。通过把波 形存储器内容置入数模转换器(DAC)和过滤输出产生模拟波形。
    BNC(Bayonet Neill Concelman)一种常用的小型同轴电缆 bayonet 型连接器
    偏移在 PWM 中用于改变脉冲的占空比(即具有 5% 偏移的 10% 占空比将造成 5% 和 15% 间的占空 比改变)。
    直接数字合成 (DDS)通过取保存在存储器中的采样波形点,然 后把它加至数模转换器数字端口以 产生波形的方法。DAC 被锁定在恒 定速率,通过在多时钟周期重复一 个存储器位置进行频率调整得到低 频,而通过采样存储点得到高频。
    占空比脉冲列高电压时间的百分比。
    沿时间 上升或下降时间;有 些仪器用沿时间表示设置相同值的 上升和下降时间。
    外时钟参考用于改进一台函数发生器频率精度,或为两台或多 台函数发生器提供公共时钟的精密 参考信号。
    下降时间从状态高到状态低 的过渡时间。通常以 10% 和 90% 电 平度量。
    调制频率施加至载波信号, 以产生幅度、频率、相位或脉冲宽度 调制的信号。
    周期以秒为单位的被测波形 重复率;在本应用指南中亦指脉冲间的时间,它也是频率的倒数。
    锁相相位校正反馈环保持对 振荡器的控制,以实现在一个周期 限内振荡器参考信号保持一致性的 相位关系的条件脉冲宽度脉冲保持在规定(通常为“真”)逻辑状态的时间量。 有两种度量方法:1)50% 幅度前沿 至 50% 幅度后沿的时间;2)从前沿 开始到后沿开始的时间。
    脉冲宽度调制一种用调制信 号幅度确定产生脉冲宽度的调制方 法。通常用于数据通信和数控。
    上升时间从状态低到状态高 的过渡时间。通常以10% 和 90% 电 平度量。
    来源:东方集成
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