2024-01-23 18:26
通过用函数发生器创建的信号来代替由传感器或 DUT（被测器件）生成的真实信号，可以简化测试，并且增加测试的可靠性。不仅波形的捕获、修改和回放比之前更为容易，这种方法还可以提高测试的一致性。例如，如果您研发的是臂带式血压计，您可能需要捕获多个测量周期，然后在开发过程中进行回放。每次都把真正的臂带式血压计作为 DUT 进行测试的话，不仅会造成手臂酸痛，而且又不能保证测试和开发过程的一致性。
我们将会通过一个更真实的双音多频（DTMF）信号，向您展示使用函数发生器创建信号的两种方法。一种方法是使用数学方程来构建仿真波形。另一种方法则使用从示波器或万用表获取的实际数据来构建实际波形。在这两种情况下，都可以用 U 盘来保存波形并将其传输到 PC 进行编辑，或传输到其他仪器进行回放。我们所用的仪器具有无线局域网或 USB 接口，并且支持 .csv 或文本等标准文件类型，因而简化了波形捕获和回放的任务。
DTMF 信号或“音调”通常用于电话和电话交换设备以及公共安全无线电调度中，以限制针对特定地点的射频流量。这些信号位于音频频带中，可以通过语音通信来传输。图 1 所示为两个正弦波：一个频率为 1477 Hz，另一个为 941 Hz。最右边的图像显示了两个信号的和或双音。
图 1. 这里有一个简单的仿真双音信号示例。左侧和中间图像的频率分别是 1477 Hz 和 941 Hz。右侧图像显示双音。
您可以使用具有汇总调制功能的函数发生器来构建基本的双音信号。虽然汇总调制是最简单的方法，但使用具有任意波形能力的函数发生器可带来一些优势。首先，它们可以像任何其他内置波形一样轻松操作。可以轻松地修改振幅、频率和调制类型。其次，可以选择 n 个周期的猝发，而且其他信道和设备可以同步。
在示例中，我们使用具有任意波形功能的Keysight Trueform 函数发生器来生成双音信号，输出波形中的每个点来创建准确的信号。Trueform 函数发生器具有广泛的调制能力和非常灵活的同步输出，可与其他设备同步。使用 Trueform 发生器的汇总调制模式，我们能够快速创建双音信号。接下来，我们在访问实际数据之前，先用仿真数据来创建任意波形。利用仿真数据，我们使用了猝发、滤波和触发功能来确定周期的数量，优化波形，并在测试设置中同步其他设备。
通常，波形在数学上被定义为对现实信号的模拟。Trueform 波形发生器带有众多类型的内置任意波形，如：心波、指数下降、指数上升、高斯脉冲等。这些信号是周期性信号，可以由 80 到 450 个点来表示。频率和周期可以通过设置采样率和波形长度来确定。在创建波形时，务必使用可以轻松相乘或相除的多个点，以便更加直接地确定频率（例如，具有 50 KSa/s 采样率的 100 点波形的频率为 500 Hz）。
猝发模式可与任何波形一起使用，以输出一定数量的周期。它通常与任意波形一起使用，以输出仅仅一个周期或具有相同周期的波形。当函数发生器用于猝发模式时，最后一个点将会决定猝发完成后保持的输出电压。波形使用 -1 到 1 之间的实数来定义，其中 -1 为最大负电压，0 = 0V，1 表示最大正电压。Trueform 函数发生器附带的所有内置波形都以 0 结尾，这意味着在猝发完成后输出将返回 0V。但是，如果您正在设计一个常高信号，即在猝发后保持高电压的信号，那么波形应当以 1 结尾。以 1 结尾的波形是常高信号，以 0 结尾的波形是常低信号（图 2）。
图 2. 左图显示斜波的三个周期猝发，其最后一个点为“1”；右图是最后一个点为“0”的斜波。
Trueform 函数发生器附带的内置波形简单且具有周期性。您可能需要包含数千个点的复杂波形或很少重复的波形。复杂的波形可以使用内置波形作为构建块来创建，包含触发器、排序和其他功能。例如，您可以创建一个比测试要求更长的波形，以便在开始时和触发时提供更多选项。函数发生器可以在触发器上启动信号，并在信号启动后向测量硬件发送一个触发器。
设计波形的最后一个步骤是选择滤波器类型。Trueform 函数发生器提供三种选择：关断、正常和阶跃（图 3）。“关断”允许实现从一个点到下一个点的突然变化。“正常”可优化波形输出，实现平坦的频率响应。“阶跃”可优化波形，以获得最佳的阶跃响应。
波形可以保存为 .arb 文件，该文件用以存储通道数量、采样率、振幅、输出触发游标点、滤波器类型和数据。arb 文件会存储在函数发生器的内部存储器中，并可以复制到 U 盘。
图 4. .arb 文件的前几行显示每个波形保存的参数。波形每次都可以同样回放，参数可以随时调整。
在示例中，该规范用来仿真真实情况下的按钮动作：从暂停开始，然后是双音，然后是另一个暂停。在波形的开始处生成同步信号以触发接收机和其他设备。波形应当仿线 kSa/s 的数字化波形。两个音调分别是 1477 Hz 和 941 Hz。这种双音信号很好地示范了很少重复的复杂波形。
Trueform 函数发生器包含一个导入内置文件的实用程序。该实用程序可以处理多种文件类型：.csv、.txt 或 .asc。它查找并忽略标头值，然后定位并评估数据列。如果某一列显示正在计时，那么实用程序会用这一列来设置采样率。当存在多列数据时，会提示用户选择所需的列。对于以行格式存储的数据，文件导入器的工作方式类似。
图 6. 左侧图像显示已安装的可选双通道 IQ 功能。在右侧，Trueform 数据导入器扫描选定的文件，忽略标头信息，并且定位了要在任意波形发生器中使用的数据。
Trueform 函数发生器还可以支持双通道任意波形。安装双通道 IQ 选件后，导入实用程序会提示用户输入第二列数据以支持第二个通道。导入实用程序扫描数据并缩放振幅，包括任何直流偏置。导入数据后，可以对波形参数进行修改，然后将其保存到内部存储器中，再加载到用于输出波形的高速存储器。仪器复位后，高速存储器会进行清除。
在第一部分中，我们用仿真数据创建了波形。既然我们可以访问双音硬件，那么我们可以使用万用表或示波器来捕获真实信号。使用 U 盘能以类似的方式将信号传输到波形发生器。万用表为数字化低频信号（
<20 mhz）提供了多种优势。它不是接地基准，它会放大或衰减信号，能对电压或电流做数字化处理。keysight 34465a 数字万用表（dmm）能以 50 ksa/s 进行数字化处理，是捕获 dtmf 信号示例的理想仪器。
图 7. 使用标头或不使用标头保存的万用表数据。Trueform 文件导入实用程序可以从任一文件类型直接导入数据。
可以调整波形参数来匹配数字万用表（如 50KSa/s、800 mVpp 振幅）。为了输出重复的任意波形，通常需要将数据修整为均匀的波形。
图 8. 当波形重复时，持续时间略长于偶数周期的数字化方波会产生异常。应将此重复信号修整为偶数个周期。
这个 DTMF 示例具有 500 ms 长的波形，无需重复。我们的真实波形有几处异常未在仿线. 图中所示为一些数字化的真实音调，其中包含几处异常和不同的直流偏置。
函数发生器的文件导入实用程序读取使用数字万用表创建的 .csv 文件并设置振幅。用户只需要选择采样率和滤波器。滤波器设置为“关断”，以便重现 DTMF 信号开始和结束时的尖峰。
同步函数发生器输出函数发生器只是整个测试系统的一部分，它需要与原型硬件和其他分析仪配合使用。实现此目的的最佳方法是，使用输入触发器来启动波形并同步输出信号，以通知其他设备信号波形正在输出。Trueform 函数发生器可以使用“触发输入”来启动波形，使用“同步输出信号”来指示波形正在输出，从而与其他设备同步。如需启动波形，可以通过以下三种方式之一发送触发：作为编程命令发送、从 BNC 外部发送，或从前面板上的触发按钮发送。“同步输出信号”功能为如何指示正在输出波形提供了很大的灵活性。例如，可以把降低同步信号的时间设置在波形开始时，或者设为利用波形游标输出波形时。
图 11. 黄色波形为具有 100 个点的斜波波形，在通道 1 输出；绿色波形为同步信号。左侧的图像显示同步游标点 50 被默认设置在波形的中间位置。中间图像是一个同步游标点为 20 的波形，在右侧图像中，同步游标点增到了 80。
同步信号提供一个额外的通道，可用于同步其他设备。在示例中，我们使用了同步信号来指示何时传输双音。通过函数发生器，我们把波形内的游标点调整到了双音的开始处。
图 12. 在左侧的图像中，蓝线表示函数发生器上的同步游标点。随着游标点发生变化，蓝线会对应波形进行移动。在右图中，绿色波形表示同步输出在波形开始时处于高电平，然后在同步游标点处变为了低电平。由于有了可调游标点，因而不再需要使用外部延迟电路。
总结在处理复杂波形时，最好是先从简单的仿真开始，然后再操作更精确、更复杂的波形。这样我们就能够在创建任意波形之前，快速启动函数发生器的汇总调制功能。
Keysight Trueform 函数发生器具有三个主要优势，可用于生成任意波形。
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