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信号源基础
宋磊
泰克分销业务部
培训内容
 泰克的4+2战略
 信号源的作用与分类
 信号源的指标
 任意函数发生器的原理
 任意函数发生器的应用
 任意函数发生器的基本操作
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Tektronix Strategy
Oscilloscopes
Logic Analyzers
Video
4
Real-time Spectrum
Analyzers
Signal Sources
+2
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Mobile Protocol
227
205
155
139 144
154
Value Sources
($1k to $15k)
$M
165 176
Performance Sources
(Greater than $15k)
信号源市场
FY00
FY01
FY02
FY03
FY04
FY05
FY06
 Market CAGR 6%
FY03 to FY07
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Logic
Pulse/Data/ Pattern/Clock Sources
Mixed
Analog / Digital Sources (AWG)
Logic
Pulse/Data/ Pattern/Clock Sources
Mixed
Analog / Digital Sources (AFG)
FY07
 Tektronix FY04 Growth
– All SSPL 43%
– China AFG
58%
信号源市场
7%
3%
7%
3%
17%
Others
Video/T&M
Auto / Tran
9%
Industrial
Control
11%
Medical
Consumer
13%
Comm.
Education
11%
Gov. Elec.
Computer
 Worldwide by Industry – FY04
19%
100%
Market
Size
[$ M]
4.8
5.6
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4.8
3.9
3.0
1.3
3.0
1.3
7.4
8.2
43.3
信号源市场
中国教育市场估计 – FY05
Type of Instrument
Units
Very low end Function
Generators, < $500
8000 to 12000
DDS based Function
Generators, $500 to $1000
1000 to 2000
Arbitrary Function Generators
(AFG300, etc.)
High end & RF generators
(used in research labs)
Total
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200 to 500
very few
10000 to 15000
AFG300中国业绩
China Orders
$800,000
$700,000
$600,000
$500,000
$400,000
$300,000
$200,000
$100,000
$-
AFG320
AFG310
FY00
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FY01
FY02
FY03
FY04
FY05
YTD
Value Sources
($1k to $15k)
Performance Sources
(Greater than $15k)
战略方向
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Logic
Pulse/Data/
Sources
Develop Pattern/Clock
strong #2 position
Mixed
Analog / Digital
Sources position
(AWG)
Strengthen
leadership
Logic
Pulse/Data/ Pattern/Clock Sources
Mixed
Analog
/ Digitalthe
Sources
(AFG)
Transform
market
产品之间的关系
ArbExpress
AWG/AFG products
Airbag
Sensor
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Airbag Deployment System
Sensor Signal
Oscilloscope
低端任意函数发生器市场
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信号发生器概述
 信号发生器的作用
–
–
–
激励源
信号仿真
校准源
信号源
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输入激励
待测单元
输出响应
测试设备
示波器
逻辑分析仪
频谱仪。。。
目标客户
 电子设计工程师,生产测试工程师,维修工程师,需要的信号频率
< 16 MHz
 选择任意函数发生器的理由
– 需要不只一种的测试信号类型,产生真实的信号
– 可以从示波器直接传送捕获的波形,并且再现
– 轻松创建任意波形
 目标行业:
–
–
–
–
–
–
–
汽车/铁路
工业电子,电力电子
生物,化学
半导体
消费电子
教育
国防
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用户的需求
 需要方便快捷的重现一个系统中出现的异常信号
 需要一个在一定范围内变化的信号
 需要一个混合信号(数字,模拟)激励
 需要各种不同的信号激励,它能代替传统的信号合成
器,函数发生器,脉冲发生器,扫频源...。
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任意函数发生器的用途
– 改变理想信号为信号异常或噪声干扰
– 创建异常信号库进行重复测试
– 利用数字示波器捕捉现实世界的异常信号作抗干扰测试
Ideal Input
Corrupt
Correct Output
Ideal Signal
Source
Unit Under
Test
Corrupted Input
With
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p
AWG/AFG
Unit Under
Test
Incorrect Output
任意函数发生器的用途
Transducer signal
Simulate
Circuit that
interpretes
transducer
signal
Transducer
With
p
AWG/AFG
Corrupted
Circuit that
interpretes
transducer
signal
Unmodified
 替代传感器作为信号源
 边界测试易于加扰
 生产测试上有更好的重复性
 元 器 件, 电 路 和 系 统 的 模 拟与仿真
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任意函数发生器的用途
 复杂信号的调制
Replace
These...
Analog
Generator
Digital
Pattern
Generator
Mixer
With
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AWG & AWG
p
RF Generator
任意函数发生器的用途
 代替专用信号源
Replace
These...
Specialized
Signal
Generator
With
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Unit
Under
Test
p
AWG/AFG
Unit
Under
Test
任意函数发生器的用途
 代替传统信号源
Function
Generator
Replace
These...
Pulse
Generator
Sweep
Generator
Synthesized
Sinewave
Generator
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With
p
AWG/AFG
工业电子/电力电子
应用
使用信号源进行功能测试
设计与验证:
– 工业控制设备
– 步进电机
– 开关电源控制回路
– 振动信号模拟
– 负载变化测试
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描述
模拟:
– 传感器信号
– 控制设备信号
– 信号的畸变
– 谐波
汽车/铁路/交通运输
应用
使用信号源进行功能和性能验证:
– 电子点火
– 气囊控制
– ABS刹车系统
– 空调系统
– 汽车总线系统
– 铁路“黑匣子”
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描述
仿真物理量到电量的过程(振动,
冲击,应变,速度等传感器)
的信号
模拟畸变
生物/化学
应用
设计与验证
– 心跳信号发生器
– 医学波形分析仪
– 加热设备监控
– EEG, ECG 设备
– 血气分析仪
– 肌肉模拟
– 血压测量
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描述
模拟低频“实时”的生理学信号
半导体
应用
描述
设计与验证
– 模拟器件
– 微处理器外接口
– AD和DA电路
– 总线模拟
电路频率响应
畸变模拟
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消费电子
应用
设计与验证
– 智能家电
– 娱乐系统
描述
模拟
– 输入传感器信号
– 噪声信号
测量电路频率特性
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教育
应用
教学
– 电路频率响应测试
– 数字通信
– 产生李萨如图形
科研
– 各种应用
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描述
教学
– 产生IQ信号
–产生不同频率,相位差的2路信
号
代替扫频仪测量电路频率特性
政府机构
应用
系统故障模拟
系统裕度测试
模拟现场环境
模拟传感器信号
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描述
TDS与AFG的互动
高精度的信号产生
波形编辑器
从激励到测试报告
激励
探测
捕获
分析
报告
 泰克以功能强大,灵活,价格经济的测量方案,满足教学和科研的
各种测试需求
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什 么 是 信 号 源?
泰克的全面测试方案
IBM PC
测试软件
测量
结果
激励
AFG
AWG
DG
DTG
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测量
DUT
TDS示波器
逻辑分析仪
频谱仪
信号源种类-按信号类型分类
时域和频域信号源产品
RF 信号发生器
扫描发生器
频率合成器
噪声发生器
脉冲发生器
数据 / 模式发生器
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函数发生器
任意函数发生器
信号源的分类-按信号频率分类
名称
频率范围
主要应用
超低频信号发生器
mHz~ 30KHz
声学,声纳
低频信号发生器
30KHz~300KHz
电报通信
长波
视频信号发生器
300KHz~6MHz
无线电广播
中波
高频信号发生器
6MHz~30MHz
广播电报
短波
甚高频信号发生器(VHF)
30MHz~300MHz
电视,调频,导航
米波
超高频信号发生器(UHF)
300MHz~3GHz
雷达,导航,气象
分米波
特高频信号发生器(SHF)
3GHz~30GHz
微波中继,卫星
厘米波
极高频信号发生器(EHF)
30GHz~300GHz
波导通信
毫米波
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波长
信号发生器的指标
正弦信号发生器的性能指标
 三大指标:
– 频率特性




频率范围
频率准确度
频率稳定度
失真度和频谱纯度
– 输出特性
 输出阻抗
 输出电平
– 调制特性
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频率特性
 频率范围
– 例如AFG310任意函数发生器的频率范围是0.01Hz ~ 16MHz,
 频率分辨率:
– AFG300频率分辨率为7位,即最小可调频率分辨率为0.01Hz
– 33220A最小频率分辨率为1uHz
 频率准确度
– 信号源显示的频率值与真值之间的偏差,通常用相对误差表示:
f  f 0 f


100%
f0
f0
– 其中f0为信号源刻度值,f为真值
– 低档信号源的频率准确度只有1%,而采用内部高稳定晶体振荡器的频率
准确度可以达到10-8~10-10
– AFG310的频率准确度为50ppm
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频率特性
 频率稳定度
– 频率稳定度是指在外界条件,环境不变的情况下,在规定时间内,信号
发生器输出频率相对于设置读数的偏差值的大小
– 频率稳定度又分为长期频率稳定度(长稳)和短期频率稳定度(短稳)
 短稳: 经过预热后,在15分钟内,信号频率所发生的最大变化
f max f min

100%
f0
 其中f0为刻度频率,fmax和fmin分别为15分钟内信号频率的最大和最小
值
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频率特性
 长稳: 信号源经过预热时间后,信号频率在任意三小
时内所发生的最大变化:
– 正式的定义是
6
x 10  yHz
– 比如 +-50×10-6/1小时+1KHz
– 但是通常给出的指标形式不尽相同,例如:
– 0.01%/小时 ,含义是每小时的频率漂移(,fmax-fmin)与预调值的比值
是0.01%
– 通常信号发生器的频率稳定度应该比频率准确度高1~2个数量级
 33220A的频率稳定度为10ppm/90天,20ppm/年
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频率特性
 失真度(Harmonic Distortion)与频谱纯度
– 理想的正弦波应该是单一频率,由于信号源内部的非线形元件造成信
号产生非线形失真和谐波分量
– 通常用信号失真度来表示信号接近理想正弦波的程度,并用失真系数
γ表示:
U 22  U 32  ...... U n2

100 %
U1
– 其中:U1为基波有效值,U2,U3,…为各次谐波有效值
– 也叫总谐波失真(THD),通常在给定输出功率和特定信号频率下进
行测量
– 一般低频信号发生器的失真度在0.1%~1%, 高档信号发生器可低于
0.005%
– 也可以用dB表示 THD= 20log (%),例如0.1%为-20dB
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Time
Voltage
Voltage
从频域看正弦信号的指标
示波器
频谱仪
理想的正弦波
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Frequency
总谐波失真的测量
f1
U1
U2
U 22  U 32  ...... U n2

 100 %
U1
U3
frequency
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U5
总谐波失真的计算
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频率特性
 失真度与频谱纯度(THD+N)
– 对于高频信号的失真度,通常用频谱纯度来评价,频谱纯度的测量
方法就不仅考虑非线形失真,还考虑由非谐波干扰噪声造成的正弦
波失真
– 通常要求
Us
20 lg
 (80 ~ 100 )dB
Un
– 其中,Us是信号幅度,Un是高次谐波及干扰噪声的幅度,即频谱纯度
=THD+N(噪声)
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相位噪声
CW output
measured as dBc/Hz
frequency
33220A 相位噪声为偏置10KHz ,-115dBc/Hz
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输出特性
 输出阻抗
– 低频信号发生器的输出阻抗通常为600Ω,高频信号发生器通常只有50Ω,
电视信号发生器通常为75Ω
– 信号发生器的输出幅度读数定义为输出阻抗匹配的条件下,所以必须注意
输出阻抗匹配的问题:
– 例如使用TDS1012直接测量信号源的输出信号,由于TDS1012输入阻抗只
有1M Ω,因此,测得的信号幅度近似为信号源刻度幅度的2倍
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输出特性
 输出电平
– 输出幅度一般由电压或者分贝表示,指输出信号幅度的有效范围
– 还有输出幅度平坦度和稳定度指标
– 例如AFG310输出幅度为
– 33220A输出幅度范围为
– 33220A输出幅度精度为1%设置值 1mV
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调制特性
 调频,调幅,调相,脉冲调制等
 当调制信号由信号发生器内部产生时,称为内调制,反之为外调
制
 AFG300的AM只有外调制,FM和FSK只有内调制
 33220A各种调制都可以有内外
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调幅
x
O
a)调制信号
t
uc
O
t
b)载波信号
us
O
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t
c)双边带调幅信号
调幅的频谱和术语
载波
Voltage
时域
频域
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Time
调制波
载波
频率
调制波频
率
AM的频谱
Ec
mEc/2
mEc/2
fm
flsf
fm
fc
fusf
f
fusf = fc + fm ; flsf = fc - fm ; Esf = mEc/2
Bandwidth, B = 2fm
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AM信号-调制深度的变化
m=1
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m>1
调幅的公式表示
 us = Acsin(2pfct) [1m sin(2pfmt)]
– 其中:
– Ac为信号峰峰值, fc为载波频率,
fm为调制波频率
– m为调制深度= 调制波峰峰值/
载波峰峰值,线形AM常用%表示,
对数AM用dB表示
m
Em
E  Emin
or max
Ec
Emax  Emin
– 例如 载波为1Vp-p, 100KHz,调制
波为5KHz的线形调幅AM信号,
可以表示为:
– us = sin(2p×105×t)
[10.1* sin(2p×5×103×t)]
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FM-调频
载波
调制信号
FM
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调频
 调频信号的频率为 fs (t)=fc + kf em(t)
 其中kf是系统常数,em是调制波的瞬时幅度值
 FM的调制度
 其中:fm是调制信号的频率,Fp是峰值频率偏移
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FM的频谱
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脉宽调制
 33220A具有脉冲宽度调制功能
x
x
O
B
t
a) 调制信号
U
b) 脉冲调宽信号
O
T
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t
FSK频移键相
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扫频-Sweep
 扫频信号主要用于系统的频率特性测试
 扫频方式: 线形扫频和对数扫频
 起始和结束频率点
 扫频时间: 完成一次扫描所用时间
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突发-Burst
 每次发生触发,信号源输出选定的波形
 输出的次数由count确定
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各种模拟调制方式
Amplitude
Frequency
Phase
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数字调制
极坐标表示: 同时表示幅度和相位信息
Phase
0 deg


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其中幅度是绝对值
相位是针对某参考信号的相对值
数字调制
Signal Changes or Modifications
Phase
0 deg
Magnitude Change
Phase
0 deg
Phase Change
0 deg
0 deg
Both Change
Frequency Change
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Digital Modulation
...Binary Phase Shift Keying (BPSK)
V= A sin[2
p ft f+ (t)]
f (t) =
f1
f2
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Digital Modulation
BPSK IQ Diagram
Q
1
0
I
One Bit Per Symbol
Symbol Rate = Bit Rate
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IQ信号
 Lets rotate it by adding 90 degrees. 0 degrees becomes 90
degrees, and 180 degrees becomes 270 degrees (we also keep
the capability of having 0 and 180 degrees too).
 I and Q: The 0 and 180 degree line is "I" (In phase), and the 90 and 270
degree line is "Q" (Quadrature). "I" is horizontal, and "Q" is Vertical.
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数字调制
极坐标和星座图
 星座图(Constellation Diagram); 矢量图Vector Diagram
–
–
The constellation diagram shows the symbols that represent data. It can shows
the ideal spots that are symbols, as well as where the symbols actually land.
Vector Diagram not only shows the symbols, it also shows the vector transition
(path) from symbol to symbol to symbol. Sometimes, measurement equipment
calls the Vector diagram a constellation diagram (i.e. the WCA and RSA call it
Constellation, but you can set it to show either Vector or Constellation in the
display).
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Digital Modulation
...Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
p ftf+ (t)]
V= A sin[2
f (t) =
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f1 = 3p /4
f2 = p /4
f3 = - p /4
f4 = - 3p
/4
Digital Modulation
QPSK IQ Diagram
01
Q
00
I
11
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10
GMSK Constellation
 A practical 2 dimensional digital modulation is GMSK (Gaussian Filtered
Minimum Shift Keying). The data is represented by Symbols. There is
one symbol [midway] in each quadrant (at 45, 135, 225, and 315
degrees). Each symbol is at unity amplitude (constant radius from the
center) and a specified phase angle.
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GMSK Baseband (I and Q)
 I and Q are always 90 degrees out of phase (when one is at
crest, the other is at zero crossing).
 The Root of (I Squared + Q Squared) = 1
Constant).
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(Unity, or
Digital Modulation
p/4 DQPSK IQ Diagram
Q
I
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Digital Modulation
Modulation Accuracy
Q
Magnitude Error (IQ error mag)
Error Vector
Test
Signal
f
Ideal (Reference) Signal
Phase Error (IQ error phase)
I
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QAM
时域
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频域
数据率
 符号由 IQ 星座图上的位置确定
 A Symbol represents 1 or more bits
– Symbol Rate versus Bit Rate






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Modulation
BPSK, GMSK, 2FSK
QPSK, pi/4 DQPSK, 4FSK
8PSK
16 QAM
64 QAM
256 QAM
Bits per Symbol
1
2
3
4
6
8
信号发生器指标的选择
 与应用场合相关
 例如,测量谐振回路频率特性,电阻,电容损耗等,仅需要10-
2~10-3的准确度
 测量广播通信设备的适合需要10-7~10-8的准确度
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各种信号源的原理和结构
通用低频信号发生器
 通常采用RC震荡电路
电压指示
 波段式
振荡器
放大器
衰减器
输出
 差频式
固定频率振荡器
可变频率振荡器
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混频器
滤波放大
衰减器
输出
高频信号发生器
主振级
缓冲级
调制级
输出级
输出
监视器
可变
电抗器
内调制
振荡器
 主振:LC三点式振荡器
 缓冲:阻抗变换
 可变电抗器:调频
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外调制输入
高频信号发生器使用的问题
 等效天线
 输出匹配
信号源
被测设备
阻抗变换器
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脉冲信号发生器
主振级
延迟级
形成级
同步信号输出
 频率可调,占空比可调,脉宽可调
 良好的上升时间,较小的过冲
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整型
输出级
函数信号发生器
正弦振荡器
缓冲级
放大器
方波发生器
积分器
输出级
正弦式
积分器
正弦转换器
施密特触发器
放大器
脉冲式
脉冲发生器
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合成信号发生器
 直接模拟频率合成器
 直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Frequency Synthesize)
 间接合成法(PLL)
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DDS的基本原理
 和你的CD或者MP3一样的原理!!!
 象一个CD音乐播放器:存储在光盘上数字信息被读出,转换成模拟
波形最后通过扬声器输出
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DDS信号源的历史
 1971年,美国学者J.Tierney等人撰写的"A Digital Frequency
Synthesizer"一文首次提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成
所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时的技术和器件水平,它的
性能指标尚不能与已有的技术相比,故未受到重视。近10年间,随着微
电子技术的迅速发展,直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency
Synthesis简称DDS或DDFS)得到了飞速的发展,它以有别于其它频率合
成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。具体体现
在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生
宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便
等方面,并具有极高的性价比。
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DDS的基本原理
ROM
低通滤波器
D/A
时钟
6
0,1,2,3,4,5,4,3,2,1,
0,1,2,3,4,5,4,3,2,1,0
滤波输出信号
D/A波形
ROM里的数据
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
DDS的基本思路就是将要输出的波形的数据,逐点存储在ROM里,
然后在系统标准时钟下,按照一定的顺序从ROM里读出数据,再进行D/A变换和滤波后,
得到一定频率的输出波形
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DDS的基本原理
以正弦波为例, 由于其对称性,我们只需要在ROM中存储0~90的幅度码,如下表:
(假设幅度分辨率为5bit, 按照15度等分相位)
地址序号
地址编码
相位角
幅度
幅度二进制编码
0
0000
0°
0.0000
00000
1
0001
6°
0.1045
00011
2
0010
12°
0.2079
00110
3
0011
18°
0.3090
01001
4
0100
24°
0.4067
01101
5
0101
30°
0.5000
01111
6
0110
36°
0.5878
10010
7
0111
42°
0.6691
10101
8
1000
48°
0.7431
10111
9
1001
54°
0.8090
11001
10
1010
60°
0.8660
11011
11
1011
66°
0.9135
11101
12
1100
72°
0.9511
11110
13
1101
78°
0.9781
11111
14
1110
84°
0.9945
11111
15
1111
90°
1.0000
11111
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DDS信号源框图
时钟
输出
频率
码K
相位累加器
函数表ROM
D/A
电路按照顺序依次读出ROM中的数据并进行DA
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低通滤波器
DDS信号源的核心-相位累加器
 相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fs,
加法器将频率控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加后的
结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲
作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端,以使加法器在下一个时
钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样,相位累加器在时钟作用下,
不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出,相位累加器在每一个
时钟脉冲输入时,把频率控制字累加一次,相位累加器输出的数据就是合成
信号的相位,相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
用相位累加器输出的数据作为波形存储器(ROM)的相位取样地址,这样
就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表查出,完成
相位到幅值转换。波形存储器的输出送到D/A转换器,D/A转换器将数字量形
式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤
除不需要的取样分量,以便输出频谱纯净的正弦波信号。
DDS在相对带宽、频率转换时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及
集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水
平,为系统提供了优于模拟信号源的性能。
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DDS信号源的输出频率
 输出频率由步进系数K(频率码或者相位步进码)决定
 K=1时频率最低,为
f0
f min  n
2
 其中n为ROM单元的多少,即存储长度
 按照奈窥斯特定律,最高输出频率应该为每周期至少2个点,而实际通常要
至少四个点才能完整得到正弦波,因此DDS信号源能够输出的最高频率为
f max  f 0 / 4
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DDS的输出频率分辨率
f0
f  n
2
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DDS中任意波形的产生方法
 表格法:
 逐点计算需要的波形的数值,填入RAM中,经过D/A变换,就得到所需要波形
 数学方程式法: 通过对公式的运算得到
 折线法:通过折线拟合的方法
 作图法:计算机直接绘制
 复制法:从数字示波器传送
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DDS信号源的指标
 DDS信号源中信号失真的主要来源:
–
–
–
–
时钟噪声
DA变换器非线形失真harmonics
DA变换器的量化噪声(12bit约为-74dB) Amplitude Quantization
相位不连续误差(phase truncation harmonics)
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DDS和AWG的区别
真AWG
DDS任意函数
时钟速度可变
大部分时钟固定
有波形序列,级连功能
无
扫频功能有限
灵活的扫频功能
波形细节描述,波形稳定
能力不够
与输出频率无关,创建内存波形
输出频率决定相位累加器会略过哪些
点
多个可编程输出
1个或2个
更加灵活,复杂
简单
各种可变输出滤波器
固定输出滤波器,自动选择
波形内存可以分段
不可,必须全部使用
正弦波波形失真与噪声小
非正弦波失真大
可具备数字输出
通常没有
长存储深度,可用于复杂通信信号模拟
存储深度小
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AFG300

14bit地址即214=16k点

PIR为相位累进寄存器

改变PIR值改变频率
 可变时钟频率
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AFG310
 12bit D/A变换器 = 4096个电平
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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AFG300指标解读
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其他信号源
 锁相合成法(PLL) 信号源
– 锁相环基本原理:
F1 来自
晶振
相位比较器
(PD)
环路滤波器
LPF
压控振荡器
(VCO)
f0
f
ud

ud
相位比较器又叫鉴相器,它比较输入2个信
号的相位差,输出与相位差成正比的信
号ud(又叫误差电压)
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压控振荡器是在外加电压控制下,
改变输出频率的振荡器
锁相合成法(PLL) 信号源
×N
÷N
F1 来自
晶振
相位比较器
(PD)
环路滤波器
LPF
倍频或者分频
压控振荡器
(VCO)
f0
f2
带通滤波器
BPF
F1 来自
晶振
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相位比较器
(PD)
环路滤波器
LPE
混频式
混频器M
压控振荡器
(VCO)
f0
锁相合成法(PLL) 信号源
 锁相合成信号源的工作就是通过“频率牵引”的作用,使得输出
稳定时,f0=f1,=常数。环路锁定时,输出频率具有与输入
频率相同的频率特性
 由于输入频率通常是由晶体振荡器产生,通常具有10-8以上的
稳定度,因此,这种信号源的频率稳定度和准确度最高
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信号源应用举例
I2C总线仿真
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I2C总线仿真
I2C是广泛应用于消费电子产品,手机等的串行总线系统
上面是I2C的信号特征
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I2C总线仿真
GPIB link
TDS 2000
AFG320
Peripheral Device
Microcontroller
I2C - bus
controller
Data
SDA
Clock
SCL
LCD driver,
I/O device,
print head
Data Sequence
 利用AFG320的二通道模拟时钟和总线
 模拟总线干扰,定时偏差,幅度异常等
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医疗仪器设计/测试
GPIB link
AFG300
TDS400A
ADA
400A
Medical
Amplifier
Medical Device
under Test
Cardiac Signal
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医疗仪器设计/测试
 使用TDS+ADA400A进行生物电信号的捕获
 通过AFG300重现该信号,并模拟各种复杂情况
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汽车气囊系统测试
GPIB link
WaveWriter
TDS 200
Airba
g
Sens
or
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AFG300
Collision
Data
Library
AirbagSensor
Signal
Airbag Deployment System
under Test
汽车气囊系统测试
 汽车气囊越来越复杂,远远超出了最初为司机和前座乘客准备的
单一迎面碰撞气囊。轿车目前配备了防侧撞气囊、气囊帘和多个
排列复杂的气囊,还配备有与碰撞的角度和速度匹配的分段气囊。
 使用TDS示波器采集气囊传感器的输出信号
 使用AFG重现这些信号,施加在气囊控制系统
 检验气囊是否能够安全动作
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信号源应用举例
 开关电源控制回路模拟(产生PWM)
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信号源应用举例
 测量电路的频率响应
 应用点: 扫频功能
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信号源应用举例
 产生上升时间和各种参数可变的脉冲
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信号源应用举例
 DC电源负载特性测试
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AFG300操作
生成任意波形的方法
Tektronix
TDS Series
 直接波形传送
Tektronix
2000 Series
scopes
Fast waveform transfer via GPIB
Tektronix
DSA
AW G 20 4 0
GPIB
Tektronix
11K Series
Tektronix
RTD
digitizers
Selected HP
and LeCroy
models
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生成任意波形的方法-软件
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生成任意波形的方法-波形绘制
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生成任意波形的方法-公式编辑器
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AFG300面板
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AFG300前面板
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AFG300后面板
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显示信息
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参数输入
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AFG300操作
 基本操作
–
正弦波,方波,三角波,噪声,改变幅度,频率,相位
 工作模式
–
触发,连续,突发
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AFG300操作
 调制信号生成
–
–
–
产生AM信号
产生FM信号
产生FSK信号
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AFG300操作
 产生相位差为45度的信号
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AFG300操作
 产生有毛刺的信号
 产生有噪声的信号
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产生这个信号?
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使用ArbExpress产生波形注意的问题
 相位和波形的连续性
 例如:1000点,产生9个周期就可能造成下面的问题:
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ArbExpress 的界面
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波形编辑界面
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ArbExpress中的文件扩展名
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公式编辑器
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公式编辑器
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公式编辑器实验
 产生3次谐波为0.05V,5次谐波是
0.02V,峰峰值为1V,频率为1KHz
的正弦波
 产生带毛刺的正弦波
 产生AM
 产生上升时间可变的信号
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AFG300操作
 使用AFG300产生超小占空比信号?
信号脉宽1us,占空比0.1%
 测量RC网络的频率特性
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AFG300操作
 使用AFG300产生音乐
 配合IQSIM软件产生IQ信号,模
拟数字调制
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AFG300产品竞争比较
 安捷伦33120A,33220A,33250A
 Fluke 39A,195
 南京盛普
 固纬SPG830
 横河FG310/320
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Competition Overview
Brand
Agilent
Agilent
Agilent
Fluke
Fluke
Fluke
Fluke
Model
33120A
33220A
33250A
29
39A
195
PM 5138A
Number of Channels
1
1
1
1
1
2/4
1
Standard Waveforms
Sine, square, triangle,
ramp, noise, sin(x)/x,
exponential rise/fall,
cardiac, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise,
sin(x)/x, exponential
rise/fall, cardiac, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise,
sin(x)/x, exponential
rise/fall, cardiac, DC
Sine, square, pulse, multilevel square, triangle,
ramp, noise, DC
Sine, cosine, square, pulse,
pulse train, triangle, ramp,
sin(x)/x, haversine/cosine,
DC.
Sine, cosine, square,
pulse, pulse train, triangle,
ramp, sin(x)/x,
haversine/cosine, DC.
Sine, square, triangle,
ramp
Sine Wave
Square Wave
Triangle Wave
Ramp Wave
100 µHz – 15 MHz
100 µHz – 15 MHz
100 µHz – 100 kHz
100 µHz – 100 kHz
1 µHz – 20 MHz
1 µHz – 20 MHz
1 µHz – 200 kHz
1 µHz – 200 kHz
1 µHz – 80 MHz
1 µHz – 80 MHz
1 µHz – 1 MHz
1 µHz – 1 MHz
100 µHz – 10 MHz
100 µHz – 10 MHz
100 µHz – 100 kHz
100 µHz – 100 kHz
0.1 mHz – 16 MHz
1 mHz – 16 MHz
0.1 mHz – 100 kHz
0.1 mHz – 100 kHz
0.1 mHz – 16 MHz
1 mHz – 16 MHz
0.1 mHz – 100 kHz
0.1 mHz – 100 kHz
0.1 mHz – 10 MHz
0.1 mHz – 10 MHz
0.1 mHz – 500 kHz
0.1 mHz – 50 kHz
Pulse Wave
Rise/Fall Time
--
500 µHz – 5 MHz
< 13 ns – 100 ns
500 µHz – 50 MHz
5.00 ns – 1.00 ms
100 µHz – 10 MHz
< 25 ns
10 mHz – 7.5 MHz
< 25 ns
10 mHz – 10 MHz
< 25 ns
--
40 MS/s
8 – 16k points
12 bits (incl. sign)
4 waveforms
--
50 MS/s
2 – 64k points
14 bits (incl. sign)
4 waveforms
--
200 MS/s
1 – 64k points
12 bits (incl. sign)
4 waveforms
--
27.48 MS/s
1k points
10 bits
5 waveforms
--
100mS/s – 40 MS/s
4 – 64k points
12 bits
100 waveforms
Up to 16
100mS/s – 40 MS/s
64k points/ch
12 bits
100 waveforms
Up to 16
Max. 20.48 MS/s
1k points
10 bits
24 waveforms
--
DDS
DDS, except for
Pulse
DDS, except for Pulse
DDS
DDS
DDS
n.a.
Range (into 50 Ω)
Offset (into 50 Ω
Resolution
50 mVpp – 10 Vpp
+ 5 Vpk AC + DC
3 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk AC + DC
4 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk AC + DC
0.1 mV or 4 digits
2.5 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk DC
3 digits or 1 mV
2.5 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk DC
3 digits or 1 mV
2.5 mV – 10 Vpp
 10 Vpk DC
3 digits or 1 mV
1 mV – 40 Vpp/open
 10 Vpk DC/open
3 digits or 1 mV
Modulation Capabilities
AM, FM, FSK, Burst
AM, FM, PM, FSK,
Burst, PWM
AM, FM, FSK, Burst
AM, FSK
AM, Burst
AM
AM, FM, PSK, Burst
Display
12 digits + symbols
Graphical Mode
Graphical Mode
4 x 20 characters
4 x 20 characters
4 x 20 characters
LCD, alphanumerical
$2,097
$1,853
$4,552
$2,275
$1,970
$3,310 / $5,485
$5,040
Arbitrary Waveform Generator
Sample Rate
Record Length
Vertical Resolution
Waveform Memory
Waveform Sequencing
Technology
Amplitude
Price
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Competition Overview
Brand
Fluke
GW Instek
NF Corporation
NF Corporation
NF Corporation
Pragmatic
Pragmatic
Model
PM 5139
SFG-830
WF 1943A/1944A
[WF 1945A/1946A]
WF 1956
WF 1965/1966
2414B
2416A
Number of Channels
1
1
1/2
2
1/2
1
1
Standard Waveforms
Sine, square, triangle,
ramp, haversine
Sine, square, triangle,
ramp
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise,
sin(x)/x, exponential
rise/fall, Gaussian,
haversine, DC
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, sin(x)/x,
exponential rise/fall,
Gaussian, DC
Sine Wave
Square Wave
Triangle Wave
Ramp Wave
0.1 mHz – 20 MHz
0.1 mHz – 20 MHz
0.1 mHz – 500 kHz
0.1 mHz – 50 kHz
0.01 μHz – 15 MHz
0.01 μHz – 15 MHz
0.01 μHz - 500 kHz
0.01 μHz - 500 kHz
0.01μHz – 100MHz
0.01 μHz – 15 MHz
0.01 μHz - 500 kHz
0.01 μHz - 500 kHz
0.01 μHz – 50 MHz
0.01 μHz – 50 MHz
0.01 μHz – 2 MHz
0.01 μHz – 2 MHz
0.1 mHz – 8 MHz
0.1 mHz – 8 MHz
0.1 mHz – 20 kHz
0.1 mHz – 20 kHz
10 μHz – 50 MHz
10 μHz – 50 MHz
10 μHz – 10 MHz
10 μHz – 1 MHz
0.01 μHz - 500 kHz
≤ 20 ns
0.01 μHz - 500 kHz
≤ 15 ns
0.01 μHz – 2 MHz
7 ns – 1 ms
0.1 mHz – 20 kHz
< 20 ns
10 μHz – 1 MHz
< 5 ns
40 MS/s
8k / 16k / 32 k
14 [16] bits
12x 8k / 6x 16k / 3x 32k
--
40 MS/s
8k / 16k / 32 k
12 bits
12x 8k / 6x 16k / 3x 32k
--
160 MS/s
8k / 16k / 32 k
14 bits
12x 8k / 6x 16k / 3x 32k
--
0.1 S/s – 20 MS/s
128k points
12 bits
1000 waveforms
Up to 100
10mS/s – 100MS/s
64k points
12 bits
99 waveforms
Up to 9
Pulse Wave
Rise/Fall Time
Arbitrary Waveform Generator
Sample Rate
Record Length
Vertical Resolution
Waveform Memory
Waveform Sequencing
Technology
Amplitude
Range (into 50 Ω)
Offset (into 50 Ω
Resolution
--
20 mHz – 30 MHz
20 mHz – 30 MHz
10 mHz – 100 kHz
10 mHz – 100 kHz
--
Max. 20.48 MS/s
1k points
10 bits
24 waveforms
--
n.a.
1 mV – 20 Vpp/open
 10 Vpk DC/open
3 digits or 1 mV
42.9 MS/s
12k points max
12 bits
Not specified
--
DDS
10 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk DC
3 digits
DDS
0.0 mV – 10 Vpp
[10 V / open circuit]
0.1 mV / open circuit
DDS
0.0 mV – 10 Vpp
10 V / open circuit
0.1 mV / open circuit
DDS
0.0 mV – 10 Vpp
10 V / open circuit
0.1 mV / open circuit
Modulation Capabilities
AM, FM, PSK, Burst
AM, FM, PM
AM, FM, PM, FSK,
Burst, PWM
AM, FM, PM, FSK,
Burst, PWM
AM, FM, PM, FSK,
Burst, PWM
Display
LCD, alphanumerical
10 digit LED
1 x 20 + 1 x 30
characters
1x 20 + 1x 30
characters
1 x 20 + 1 x 30
characters
$5,655
$1,775
$7,500
$3,500 / $5,500
Price
Partner Logo Here
$2,000 / $3,300
[$2,700 / $4,200]
True ARB
10 mV – 10 V
10 V / open circuit
0.1 mV
Burst
2 x 18 characters
back-lit LCD
$2,595
True ARB
10 mV – 9.99 Vpp
4.5 V
0.1 mV
Burst
2 x 16 characters
back-lit LCD
$2,695
Competition Overview
Brand
Pragmatic
Rohde & Schwarz
Stanford Research
Stanford Research
Tabor
Tabor
Tabor
Model
2714A
AM300
DS340
DS345
8023
8024
8025/80266
Number of Channels
1
2
1
1
1
1
1/2
Standard Waveforms
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, sin(x)/x,
exponential rise/fall,
Gaussian, haversine, DC
Sine, square, low-jitter
square, pulse, ramp,
triangle, noise, exponential
Sine, square, ramp,
triangle, noise
Sine, square, ramp,
triangle, noise
Sine, square, pulse ramp,
triangle, sin(x)/x,
exponential fall, Gaussian,
DC
Sine, square, pulse ramp,
triangle, sin(x)/x,
exponential fall, Gaussian,
DC
Sine, square, pulse ramp,
triangle, noise, sin(x)/x,
exponential fall, Gaussian,
DC
Sine Wave
Square Wave
Triangle Wave
Ramp Wave
0.1 mHz – 8 MHz
0.1 mHz – 8 MHz
0.1 mHz – 20 kHz
0.1 mHz – 20 kHz
10 μHz – 35 MHz
10 μHz – 500 kHz
10 μHz – 500 kHz
10 μHz – 500 kHz
1 μHz – 15.1 MHz
1 μHz – 15.1 MHz
1 μHz – 100 kHz
1 μHz – 100 kHz
1 μHz – 30.2 MHz
1 μHz – 30.2 MHz
1 μHz – 100 kHz
1 μHz – 100 kHz
10 μHz – 25 MHz
10 μHz – 25 MHz
10 μHz – 10 MHz
10 μHz – 1 MHz
10 μHz – 50 MHz
10 μHz – 50 MHz
10 μHz – 10 MHz
10 μHz – 1 MHz
0.1 mHz – 50 MHz
0.1 mHz – 50 MHz
0.1 mHz – 12.5 MHz
0.1 mHz – 12.5 MHz
Pulse Wave
Rise/Fall Time
0.1 mHz – 20 kHz
< 20 ns
10 μHz – 16.7 MHz
< 10 ns
10 μHz – 1 MHz
< 6 ns
10 μHz – 1 MHz
< 6 ns
0.1 mHz – 6.25 MHz
< 10 ns
Arbitrary Waveform Generator
Sample Rate
Record Length
Vertical Resolution
Waveform Memory
Waveform Sequencing
0.1 S/s – 20 MS/s
128k points
12 bits
100 waveforms
Up to 10
100 MS/s
256k points
14 bits
HD
40 MS/s
8 – 16.3k points
12 bits
1 waveform
--
40 MS/s
8 – 16.3k points
12 bits
1 waveform
--
50 MS/s
10 – 64K points
12 bits
0 to 99 waveforms
Yes
100 MS/s
10 – 64K points
12 bits
0 to 99 waveforms
Yes
100 MS/s
16 – 1(4)M points
14 bits
Dividable into segments
Yes
True ARB
DDS
DDS
True ARB
True ARB
DDS
50 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk DC
3 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 5 Vpk DC
3 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 4.5 Vpk DC
3 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 4.5 Vpk DC
3 digits
10 mVpp – 10 Vpp
 4.5 Vpk DC
2.2 mV
AM, FM, PM, FSK,
PSK
FSK
AM, FM, PM, Burst
AM, Burst
AM, Burst
FM, FSK, Burst
5.4" active color TFT
8 digit LED
12 digit LED
2 x 16 characters
backlit LCD
2 x 16 characters
backlit LCD
4 x 80 characters
backlit LCD
$8,750
$1,295
$1,595
$1,895
$2,655
$2,835 / $3,885
Technology
Amplitude
Range (into 50 Ω)
Offset (into 50 Ω
Resolution
Modulation Capabilities
Display
Price
Partner Logo Here
True ARB
10 mV – 10 V
10 V / open circuit
0.1 mV
Burst
2 x 18 characters
back-lit LCD
$1,995
1 mVpp – 10 Vpp
--
--
Competition Overview
Brand
TTi
TTi
TTi
Yokogawa
Model
TG1010A
TG1241/42/44
TGA12101
FG310 / FG320
Number of Channels
1
1/2/4
1
1/2
Standard Waveforms
Sine, square, pulse,
triangle, ramp, noise
Sine, cosine, square, pulse,
triangle, ramp, sin(x)/x,
Haversine, Havercosine
Sine, cosine, square, pulse,
triangle, ramp, noise,
sin(x)/x, Haversine,
Havercosine
Sine, square, pulse,
triangle, ramp
0.1 mHz – 10 MHz
0.1 mHz – 10 MHz
0.1 mHz – 30 kHz
0.1 mHz – 30 kHz
1 mHz – 16 MHz
1 mHz – 16 MHz
0.1 mHz – 100 kHz
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0.1 mHz – 40 MHz
0.1 mHz – 100 kHz
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< 25 ns
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1 μHz – 200 kHz
≤ 100 ns
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1K points
10 bits
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--
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Yes
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--
DDS
True ARB
True ARB
DDS
2.5 mVpp – 10 Vpp
10 Vpk AC + DC
1 mV or 3 digits
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2.5 mVpp – 10 Vpp
10 Vpk AC + DC
1 mV or 3 digits
 10 Vpp
 10 Vpp
1 mV
AM, FSK, Burst
AM, FSK
AM, FSK, Burst
AM, FM, PM, PWM
4 x 20 characters
backlit LCD
4 x 20 characters
backlit LCD
4 x 20 characters
backlit LCD
Graphical
Touchscreen
$1,275
$2,005 / $3,655 / $5,487
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$3,650 / $4,450
Sine Wave
Square Wave
Triangle Wave
Ramp Wave
Pulse Wave
Rise/Fall Time
Arbitrary Waveform Generator
Sample Rate
Record Length
Vertical Resolution
Waveform Memory
Waveform Sequencing
Technology
Amplitude
Range (into 50 Ω)
Offset (into 50 Ω
Resolution
Modulation Capabilities
Display
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