原标题：信号发生器基础知识

信号发生器是电子测试与测量中的核心设备，用于生成各种波形信号（如正弦波、方波、脉冲波等），广泛应用于电路调试、通信系统测试、设备校准等领域。以下从核心原理、分类、性能指标、应用场景四个维度展开，结合实际案例说明其技术要点。

一、信号发生器核心原理

1. 信号生成方式

• 直接数字合成（DDS）技术

• 原理：通过高速DAC（数模转换器）将数字波形数据转换为模拟信号，结合相位累加器实现频率控制。

• 优势：频率分辨率高（可达μHz级）、切换速度快（μs级）、相位连续性好。

• 应用：高频通信测试、精密仪器校准。

• 模拟振荡器技术

• 原理：基于LC谐振、RC振荡或晶体振荡器生成信号，通过模拟电路调节频率与幅度。

• 优势：结构简单、成本低，但频率分辨率与稳定性较差。

• 应用：低频教学实验、基础电路调试。

2. 关键信号参数

• 频率：信号周期的倒数（Hz），决定信号的周期性。

• 幅度：信号的电压或电流大小（Vpp、dBm）。

• 相位：信号相对于参考点的角度偏移（°或rad）。

• 调制：将低频信号（如音频）叠加到高频载波上（AM、FM、PM）。

二、信号发生器分类与对比

根据功能、频率范围与输出类型，信号发生器可分为以下类型：

典型产品对比

• 函数发生器（如Keysight 33500B）：

• 频率范围：1μHz~30MHz

• 波形：正弦、方波、三角波、噪声

• 优势：性价比高，适合基础实验

• 任意波形发生器（如Tektronix AWG70000）：

• 采样率：50GS/s，垂直分辨率16bit

• 支持自定义波形导入（如MATLAB生成）

• 优势：高精度，适合复杂信号仿真

三、核心性能指标解析

1. 频率范围与分辨率

• 频率范围：设备可输出的最低与最高频率（如1Hz~100MHz）。

• 频率分辨率：最小可调频率步进（如1μHz），DDS技术可实现极高分辨率。

2. 幅度精度与稳定性

• 幅度精度：输出信号幅度的误差（如±1%）。

• 稳定性：长时间运行下幅度与频率的漂移（如±0.1ppm/h）。

3. 调制功能

• AM/FM/PM调制：支持模拟调制与数字调制（如QPSK、OFDM）。

• 脉冲调制：可调节脉冲宽度、占空比与上升/下降时间。

4. 输出阻抗与通道数

• 输出阻抗：通常为50Ω（匹配射频系统）或高阻（适合音频测试）。

• 通道数：单通道、双通道或多通道同步输出（如相位同步测试）。

四、实际应用案例与工具选择

1. 基础电路调试（函数发生器）

• 场景：测试放大电路的频率响应。

• 操作：

1. 设置函数发生器输出1kHz正弦波，幅度1Vpp。

2. 连接至放大电路输入端，用示波器观察输出波形。

3. 逐步增加频率至1MHz，记录增益变化，绘制频响曲线。

2. 通信系统测试（射频信号发生器）

• 场景：测试5G基站的接收灵敏度。

• 操作：

1. 设置射频信号发生器输出28GHz CW信号，功率-30dBm。

2. 启用QPSK调制，符号率100MS/s。

3. 连接至基站接收端，用频谱分析仪监测误码率。

3. 高速ADC测试（脉冲信号发生器）

• 场景：验证12位ADC的线性度。

• 操作：

1. 设置脉冲信号发生器输出100MHz脉冲，上升时间<100ps。

2. 调节幅度从0V至满量程（如2Vpp），步进10mV。

3. 采集ADC输出数据，绘制输入-输出曲线，计算INL/DNL误差。

五、信号发生器选购建议

1. 明确需求：

• 基础实验：选择函数发生器（如Rigol DG1022Z）。

• 通信测试：选择射频信号发生器（如Keysight N5182B）。

• 高速仿真：选择任意波形发生器（如Tektronix AWG5208）。

2. 关键参数对比：

• 频率范围：覆盖测试需求（如射频测试需≥6GHz）。

• 调制功能：支持测试协议（如5G NR、Wi-Fi 6）。

• 输出通道：多通道同步输出需求（如MIMO系统测试）。

3. 预算与品牌：

• 入门级：Rigol、Siglent（性价比高，适合教学）。

• 高端级：Keysight、Tektronix（高精度，适合科研与工业）。

六、直接结论：信号发生器技术要点总结

1. DDS技术是主流：高频、高分辨率、快速切换，适合现代通信测试。

2. 任意波形发生器是趋势：支持复杂信号仿真，满足雷达、激光雷达等需求。

3. 调制功能是关键：AM/FM/PM与数字调制能力决定测试灵活性。

4. 选购需匹配应用场景：频率范围、通道数、预算是核心决策因素。

总结：信号发生器是电子测试的核心工具，其技术发展从模拟振荡器到DDS技术，功能从基础波形生成到复杂信号仿真。掌握其分类、性能指标与应用场景，可高效完成电路调试、通信测试与高速信号分析任务。