信号发生器基础知识科普

信号发生器种类繁多，它们拥有不同的外形，可以提供不同的功能。

图 1-1. Keysight PXIe 矢量信号发生器和分析仪。

外形：需要的是台式仪器还是模块化仪器？

台式是许多信号发生器的传统外形。它是我们通常在工作台和机架上看到的典型框式仪 器。这种仪器配备前面板显示器和控件，能让您快速、轻松地设置和调试故障。台式信号发生器具有全面的功能，覆盖射频到微波以及模拟到矢量的范围。

图 1-2. N5182B MXG X 系列射频矢量信号发生器

另一种正在迅速普及的形式是 PXIe。PXIe 信号发生器的外形紧凑，因此通常用于需要 多个通道的应用中。第三代 PCIe 现在支持最高 24 GB/s 的系统带宽，从而提升了高性 能应用（例如采用 FPGA 流处理 streaming 方式将 I/Q 数据传输给基带发生器，或数 字预失真应用等）的测试吞吐量。PXIe 信号发生器使用的应用软件与台式信号发生器相 同，在从产品开发到制造和支持的全过程中保证了测量一致性和兼容性。

模拟、矢量和捷变信号发生器

信号发生器也根据能力进行了分类。最早的信号发生器，譬如用于测试声音设备的信号 发生器，是模拟信号发生器。模拟信号发生器的基本功能是提供连续波（CW）正弦信 号。现代的模拟信号发生器也能够进行幅度、频率、相位和脉冲调制。当今模拟信号发 生器的最大频率接近 70 GHz。

矢量信号发生器则是更新一代的信号发生器，能够进行复杂的正交幅度调制（QAM）。 矢量信号发生器采用内置正交（也称为 IQ）调制器来生成复杂的调制制式，如正交相移 键控（QPSK）和 1024 QAM。

快速扫描频率和幅度列表的能力是一个重要的属性，特别是在制造测试中。捷变信号发 生器的初衷是提高速度。这类信号发生器能够快速改变信号的频率、幅度和相位。这一 功能非常适用于大批量的无线器件测试。

图 1-3. 一个 32-QAM 调制信号

关键技术指标概览

要为工作任务选择合适的信号发生器，您需要对性能技术指标有所了解。技术指标代 表的是信号发生器的能力，其中关键的三点是频率、幅度和频谱纯度性能。我们来分别 看一看。

频率

频率技术指标定义的是信号发生器的范围、分辨率、精度和切换速度。

范围指的是信号发生器可以输出的最大和最小输出频率。

分辨率是最小的频率变化。

精度是信号源的输出频率与设定频率的接近程度。

切换速度指的是输出稳定到所需频率的快慢程度。

图 1-4. 具有频率和幅度读数的频谱分析

功率

功率技术指标包括范围、分辨率和切换速度。

范围指信号发生器的最大和最小输出功率之间的差。信号发生器的输出衰减器的设 计决定了它的范围是多大。输出衰减器允许信号发生器输出极小的信号，用来测试 接收机的灵敏度。

信号源的分辨率表示可能的最小功率增量。

切换速度衡量的是信号源从一个功率电平变换到下一个功率电平的快慢程度。

图 1-5. 功率输出范围和输出精度示意图

频谱纯度

频谱纯度技术指标包括相位噪声、杂散和谐波性能。

频谱纯度指的是输出信号的理想程度。完美的信号发生器会产生一个单一频率的 正弦波，没有噪声的存在。然而，信号发生器由非理想元器件制成，因此会产生 噪声和失真。

相位噪声是正弦波中随机频率波动的结果，通常是由系统中不完美的振荡器引起。

杂散是非随机的或确定性的信号，它是在混合和分割信号以获得载波频率时造成 的。这些信号可能与载波存在和谐或不和谐的关系。

图 1-6. 信号纯度测量

谐波是在基频的整数倍处出现的杂散。谐波杂散是由信号发生器中所用元器件的非线性特征引起的。倍频器是产生大范围频率和输出功率所需用到的非线性组件。

次谐波是频率低于基频的杂散。信号源中用来扩展频率输出的倍频器是次谐波的主要来源。

图 1-7. 杂散测量