《数字信号发生器》课件

数字信号发生器电子工程技术前沿信号处理与测量系统专题北京电子科技大学2024年春季学期课程介绍与内容框架学习目标主要内容实验环节掌握数字信号发生器原基础理论与应用实践动手操作与故障排查理数字信号发生器定义数字信号发生器与模拟信号发生器区别通过数字电路产生各种波形数字合成方式提供精确可控的电气信号更高精度和稳定性可编程功能丰富数字信号发生器的历史发展11970年代早期数字合成技术出现21980年代DDS技术商业化应用31990年代FPGA实现复杂波形42000年至今高速高精度发展数字信号发生器的基本作用测试与测量通信系统应用电子电路性能验证信号调制与解调仪器校准与标定通信协议测试科研教学信号处理原理演示实验教学支持应用领域举例通信行业雷达系统无线通信测试目标模拟与回波测试医疗设备教育机构生物信号模拟电子工程实验教学数字信号基础知识离散性1时间和幅度都离散量化特性2有限精度的幅值表示二进制表示3底层使用0和1编码数字信号类型基本波形包括正弦波、方波、三角波、锯齿波和编码波形数字信号参数介绍幅度频率信号强度大小信号重复率占空比高电平时间比例失真度相位与理想波形偏差波形的时间偏移信号发生器的主要性能指标指标类别关键参数典型数值频率特性频率范围1μHz-200MHz频率特性精度±1ppm幅度特性输出幅度±10V幅度特性分辨率1mV信号质量谐波失真-60dBc输出特性输出阻抗50Ω数字信号发生器总体结构框图主控单元信号合成放大滤波输出接口核心控制系统DDS或DPLL电路信号调理电路外部连接端口主控单元（）MCU/FPGA常用处理器选型考虑因素•ARM Cortex-M系列•计算能力•Xilinx Artix-7FPGA•I/O接口资源•Intel Cyclone系列•功耗与成本基准时钟源及精度要求温补晶振TCXO恒温晶振OCXO普通晶振±

0.5ppm精度±

0.01ppm超高精度±50ppm基本精度数字信号合成技术综述任意波形合成点表存储与插值重构数字锁相环DPLL高精度频率锁定直接数字合成DDS数字查表与累加器直接数字合成原理简述DDS相位累加计数器按频率控制字增加相位映射查找ROM正弦表数模转换生成模拟输出信号核心模块结构DDS频率控制寄存器相位累加器存储频率控制字累加相位增量数模转换器波形查找表数字转模拟信号ROM存储波形样点原理及应用DPLL相位比较器检测参考与反馈信号差异环路滤波器滤除高频干扰压控振荡器产生频率可调输出分频器形成反馈闭环数字信号发生器中的DAC位16500MSPS分辨率采样率主流高精度DAC高性能DAC速率-85dBc谐波失真高品质指标信号放大及滤波模块放大器拓扑低通滤波器•差分结构•消除镜像频率•互补对称•平滑DAC台阶•推挽输出•抑制谐波分量关键指标•带宽平坦度•相位线性度•过冲抑制输出接口与适配SMA接口BNC接口匹配电路高频应用首选通用测量标准50Ω阻抗匹配电源管理设计低噪声设计模拟数字分离典型芯片选型电源噪声直接影响信号质量独立供电路径模拟部分LT3045超低噪声线性稳压vs开关电源取舍地平面隔离设计数字部分TPS7A47高PSRR用户界面与操作方式现代信号发生器提供多种操作方式按键、旋钮、触摸屏以及远程控制典型数字信号波形展示数字信号发生器能够输出多种标准波形和自定义波形输出信号参数可调功能幅度调节频率调节高低电平独立设置连续或步进可调相位调节精确相位控制极性切换占空比正负输出选择方波高低电平比例多通道输出与同步通道间同步相位关系控制共享基准时钟源精确设定相位差触发控制同步触发或级联触发编程与自定义信号功能波形编辑软件图形化创建自定义波形数据传输上传到信号发生器波形存储内部存储调用多种波形数字信号发生器实验案例一波形输出设备连接信号发生器与示波器参数设置频率、幅度、波形选择输出观察示波器测量实际波形数据记录记录测量结果并分析实验二幅度占空比调制/基本参数设置选择调制类型调制参数配置调制深度与频率波形观察调制效果对比数据分析测量关键参数变化常见测量误差及调试方法信号失真原因幅度漂移问题•负载不匹配•温度影响•放大器非线性•电源不稳•滤波不足•元件老化排查思路•分段测试•替换法•参数微调数字信号发生器测试流程基本功能测试波形质量检测开关机、界面操作失真度、稳定性测量环境适应性精度校准温度变化下稳定性频率、幅度标定主流品牌型号及关键参数对比品牌型号频率范围通道数价格区间泰克AFG3252240MHz25万-7万是德科技33522B30MHz23万-5万力科WaveSta50MHz22万-3万tion鼎阳SDG605500MHz22万-4万2X案例分析一实验室标准信号源教学需求演示各种调制技术关键特性高精度与稳定性操作简便直观界面利于教学可重复性实验结果一致性高案例分析二自动化测试应用测试系统集成与自动测试设备配合程控接口要求支持SCPI指令集波形切换能力快速加载不同测试信号长时间稳定性连续工作无漂移案例分析三通信系统调测复杂信号合成多载波、多制式信号干扰信号模拟实际通信环境再现协议一致性测试标准信号测试应用趋势一多功能集成数字信号源多种调制模式混合信号输出向量信号能力AM/FM/PM/ASK/FSK/PSK模拟与数字端口并存IQ调制与复杂波形应用趋势二高速高精度方向降噪与抗干扰设计物理屏蔽金属外壳与隔离设计电源滤波多级滤波与去耦PCB布局关键分区设计与地平面分割接地策略星形接地与单点接地数字信号发生器常见故障启动故障波形异常接口故障•电源问题•DAC故障•通信接口损坏•主控芯片损坏•输出放大器损坏•连接器接触不良•启动程序错误•滤波电路失效•驱动程序冲突故障排查与维护流程故障现象记录详细描述问题表现初步检查电源、接口与连接模块分析隔离问题区域仪器测量信号测试点检查维修替换更换故障元件新型技术任意波形发生器AWGAWG核心技术与传统DDS对比点存储与重建方式更高的波形灵活性高速DAC直接合成更好的动态范围支持复杂序列数字信号发生器与软件定义无线电软件波形生成无线协议模拟算法定义信号特性灵活支持多种协议天线发射RF信号上变频信号空中传播基带信号转换为射频数字信号发生器在雷达系统中的应用雷达信号特性多普勒效应模拟脉冲宽度、重复频率可调频率偏移再现目标运动扫频信号目标回波仿真FMCW雷达信号生成复杂目标特性测试智能化与远程控制应用LAN远程控制USB直连GPIB接口局域网访问与控制简单便捷连接工业标准仪器控制云平台集成远程监控与数据分析数字信号发生器未来发展趋势AI智能生成自主优化波形特性虚拟仪器化软件定义功能与界面小型化与便携化体积功耗大幅降低数字信号发生器的主要挑战与应对高频宽设计难题高精度成本平衡•寄生参数影响严重•精密元件价格高•传输线效应明显•校准流程复杂•EMI问题突出•测试设备投入大解决方案•新型材料与工艺•系统级校准算法•模块化设计降本相关技术标准与认证标准类型编号适用范围国标GB/T6587电子测量仪器通用规范国际标准IEC61326电磁兼容性要求行业标准IEEE

488.2仪器控制接口安全认证UL61010-1测量设备安全行业最新动态与前沿观点先进产品市场趋势应用拓展RohdeSchwarz SMW200A年增长率达

9.7%5G毫米波测试需求激增课程回顾与重点整理基础概念数字信号特性与类型核心技术DDS与DPLL原理系统架构主要模块与信号流应用实践测试与故障排查发展趋势新技术与市场走向参考文献与扩展阅读经典教材《数字信号处理原理与应用》核心期刊IEEE电路与系统实用网站测试测量世界视频资源EEVblog教学视频结语与互动答疑知识运用实验探索理论联系实际动手实践巩固团队协作提问思考共享知识与经验批判性分析问题。