信号发生器的发展方向.doc

1、 文献综述- 信号发生器的发展方向1、前言信号发生器又称波形发生器，是一种常用的信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量和自动控制等系统中。传统的信号发生器绝大部分是由模拟电路构 成 ， 借 助 电 阻 电 容 ， 电 感 电 容 、 谐 振 腔 、同 轴 线 作 为 振 荡 回 路 产 生 正 弦 或 其 它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的 RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵。在今天，随着大规模集成电路和信号发生器技术的发展，许多新型信

2、号发生器应运而生。用信号发生器并配置适当接口芯片产生程控正弦信号，则可替代传统的正弦信号发生器，从而有利于测试系统的集成化、程控化和智能仪表的多功能 化 。 而 信 号 发 生 器 的 最 大 特 点 是面 向 控 制 ， 由 于 它 集 成 度 高 、 运 算 速 度 快 、 体 积 小 、 运 行 可 靠 、 价 格 低 ， 因此 在 数 据 采 集 、 智 能 化 仪 器 等 技 术 中 得 到 广 泛 的 应用，从而使得信号发生器的应用成为工程技术多学科知识汇集的一个专门研究领域，其应用产生了极高的经济效益和社会效益。2、 信 号 发 生 器 的 发 展 与 现 状2.1 信 号 发

3、生 器 的 发 展单片微型计算机简称信号发生器，是指集成在一块芯片上的计算机，信号发生器的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,自1971年美国 Intel 公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段：第1阶段（19711976） ： 信 号 发 生 器 发 展 的 初 级 阶 段 。 发 展 了 各 种4位信号发生器，第2阶段（19761980）：初级8位机阶段。以1976年 Intel 公司推出的 MCS48系列为代表，采用将8位 CPU、8位并行 I/O 接口、8位定时/计数器、RAM 和 ROM 等集成于一块半导体芯片上的单片结构，功能上可满足一般工业控制和

4、智能化仪器、仪表等的需要。第3阶段（19801983） ： 高 性 能 信 号 发 生 器 阶 段 。 这 一 阶 段 推 出 的 高 性 能8位 信号 发 生 器 普 遍 带 有 串 行 口 ， 有 多 级 中 断 处 理 系 统 ， 多 个16位定时器/计数器。片内 RAM、ROM 的容量加大,且寻址范围可达64KB。第4阶段（198380年 代 末 ） ： 16位 信 号 发 生 器 阶 段 。 1983年 Intel司又推出了高性能的16位信号发生器 MCS96系列，网络通信能力有显著提高。第5阶段（90年代）：信号发生器在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。2

5、.2 信 号 发 生 器 的 现 状目前，信号发生器正朝着高性能和多品种方向发展，尤其是八位信号发生器已成为当前信号发生器中的主流。信号发生器的发展具体体现在如下四个方面：1、CPU 功能增强CPU 功能增强主要表现在运算速度和精度的提高方面。为了提高运算速度和精度，信号发生器通常采用布尔处理机和把 CPU 的字长增加到16位或32位。例如 MCS96/98和 HPCI6040等信号发生器。2、内部资源增多目 前 ， 信 号 发 生 器 内 部 的 ROM 容量已达32KB，RAM 数量已达1KB， 并 具有 掉 电 保 护 功 能 ， 常 用 I/O 电路有串行和并行 I/O 接口，A/D

6、和 D/A 转换 器 ， 定 时 器 /计数器，定时输出和信号捕捉输入，系统故障监测和DMA通道电路等。3、引脚的多功能化随着芯片内部功能的增强和资源的丰富，信号发生器所需的引脚数也会相应增加，这是不可避免的。例如：一个能寻址1MB 存储空间的信号发生器需要20条地址线和8条数据线。太多的引脚不仅会增加制造时的困难，而且也会使芯片的集成度大为减小。为了减少引脚数量，提高应用灵活性，信号发生器中普遍采用一脚多用的设计方案。4、低电压和低功耗在许多应用场合，信号发生器不仅要有很小的体积，而且还需要较低的工作电压和极小的功耗。因此，信号发生器普遍采用 CHMOS 工艺，并增加空闲和掉电两种工作方式。

7、3、研 究 信 号 发 生 器 的 目 的 及 意 义信号发 生 器 是 信 号 源 的 一 种 ， 主 要 给 被 测 电 路 提 供 所 需 的 己知 信 号 (各 种 波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。多功能信号发生器采用 FPGA 器件作为核心控制部件，精度高稳定性好，得到波形平滑，特别是犹豫 FPGA 的高速 度 ， 能 实 现 较 高 频 率 的 波形 。 目 前 我 国 己 经 开 始 研 究 信 号 发 生 器 ， 并 取 得 了可喜的成果。但总的来说，我国信号发生器还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看，多为一些 PC 仪器插卡，独立的仪器和VXI系 统 的 模

8、 块 很 少 ， 并 且 我 国 目 前 在 信 号 发 生 器 的 种 类 性 能 都与 国 外 同 类 产 品 存 在 较 大 的 差 距 ， 因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。4、函 数 信 号 发 生 器 的 发 展 方 向频率合成器被誉为电子系统的“心脏” ，频 率 源 的 发 展 直 接 关 系 到电 子 系 统 性 能 的 发 展 。 信 号 发 生 器 是 一 种 常 用 的 信 号 源 ， 广 泛 应 用 于 通 信 ，雷 达 ， 测 控 ， 电 子对抗以及现代化仪器仪表等领域，是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求 的 电 信 号 设 备 ， 和 示 波 器 、 电

9、压 表 、 频 率 计 等仪 器 一 样 是 最 普 通 、 最 基 本 也 是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。随着现代电子技术的飞速发展，现代电子测量工作对信号发生器的性能提出了更高的要求，不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形，还能根据需要产生任意波 形 ， 且 操 作 方 便 ， 输 出 波 形 质 量 好 ， 输 出 频 率 范围 宽 ， 输 出 频 率 稳 定 度 、 准 确度及分辨率高，频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场需求，研究制作高性能的任意波形发生器（A rbitrary Waveform G

10、enerator， 简 称 AWG） 十 分 有 必 要 ， 而 且 意 义 重 大 。 一 般 传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。这种信号发生器虽然具有输出信号频率范围宽，结构简单等优点，但输出波形单一，不能产生任意波形，且频稳定度和准确度较差，频率准确度一般在0.5%以下，对 于 作 为 精 密 测 量 用 的 信 号 发 生 器 ，其频率稳定度是不够的。因此传统的信号发生器已经越来越不能满足现代电子测量的需要，正逐步退出历史舞台。而基于频率合成技术制成的信号发生器，由于可以获得很高的频率稳定度和精确度，因此发展非常迅速，尤其是最近随着现代

11、电子技术的不断发展，其应用 更 是 有 了 质 的 飞 跃 。5、 总 结以 高 速 数 字 取 样 为 核 心 的 时 域 测 试 正 在 成 为 现 代 电 子 测 试 技 术 的主 流 方 向 ， 波 形 产 生 与 获 取 也 不 例 外 。 但 由 于 受 原 理 、 器 件 等 因素 限 制 ， 基 于 采 样 的 波 形 产 生 与 获 取 技 术 面 临 着 如 何 不 断 提 高 采样 率 和 采 样 精 度 ， 如 何 尽 可 能 提 高 波 形 质 量 (无 失 真 地 产 生 和 获 取信 号 )，如 何 进 行 高 速 波 形 大 容 量 存 储 等 诸 多 难 题

12、。参 考 文 献 ：【 1】 许 庆 山 等 编 . 电 路 、 信 号 与 系 统 .M 北 京 ： 航 空 工 业 出 版社 ，2002，2 2-56. 【 2】 Sullvan G J. Rate-distortion optimization for video compression.J IEEE Signal Processing. Mag., 1998, 15(6): 74-90 【 3】 Bentley, John P. Priniple of Measurement Systems,P Longman, London And NewYork, 2004【 4】 相 迎 军 ,

13、李 兴 城 ,李 传 军. 基 于 AT89C4051单 片 机 的 专 用 信 号 发 生 器 设 计 与 应 用 J. 微计算 机 信 息 ,2004,(11) . 【5】李 朝 青 .单 片 机 原 理 及 接 口 技 术 M.第 三 版 .北 京 航 空 航 天大 学 出 版 社 .2005-10. 【6】马 俊 ,陈 学 煌 ,段 新 文 .一 种 基 于 单 片 机 数 字 式 调幅 波 信 号 发 生 器 J. 青 海 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) , 2005,(01) .【 7】 胡 学 武 . 用 AT89C51实 现 超 低 频 任 意 函 数 发 生 器 J

14、. 现 代 电子 技 术 , 2005,(17) 【8】张 李 勇 ,陈 朗 ,张 飞 舟 . 基 于 8051单 片 机 的 双 通 道 波 形 发 生 器的 设 计 与 实 现 J. 计 算 机 工 程 与 应 用 , 2004,(08) . 【 9】 张 静 ,李 廷 军 ,刘 长 茂 ,郭 海 燕 . 基 于 DDS 的 高 分 辨 率 信 号 发 生器 的 实 现 J. 现 代 电 子 技 术 , 2004,(14) . 【10】李 圣 良 . 程 控 信 号 发 生 器 的 设 计 J. 九 江 职 业 技 术 学 院学 报 , 2004,(02) . 【11】冯 杰 . 任 意 波 形 发 生 器 J. 电 子 世 界 , 2004,(07).刘超 1208410008章赵 1208410020储瑞 120841