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信號(hào)發(fā)生器的作用

信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波等。信號(hào)發(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及任意波形發(fā)生器，而函數(shù)波形發(fā)生器在設(shè)計(jì)上又區(qū)分出模擬及數(shù)字合成式。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器又叫做AFG，其特點(diǎn)是采樣率不變，通過改變?nèi)↑c(diǎn)的步進(jìn)來改變信號(hào)的頻率。帶來的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、靈活，能夠快速響應(yīng)頻率變化，應(yīng)用范圍廣泛，但是波形點(diǎn)有缺失。而任意波形發(fā)生器又叫做AWG，其取點(diǎn)的步進(jìn)不變，通過改變采樣率來改變信號(hào)的頻率，因此波形點(diǎn)無缺失，能完整再現(xiàn)原始信號(hào)，但是系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，頻率響應(yīng)較慢。

如今信號(hào)源常用的合成方式是DDS技術(shù)，也就是直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。這是一種從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的全數(shù)字頻率合成技術(shù)。與傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，DDS技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可以產(chǎn)生任意波；

DDS技術(shù)具有極高的頻率分辨率；

具有極快的變頻速度且變頻相位連續(xù)；

容易實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的多種調(diào)制；

當(dāng)然，DDS也有抖動(dòng)較大，受奈奎斯特定理限制等局限。

方波

正弦波

三角波

高斯白噪聲 

除了以上方波、正弦波、三角波、白噪聲等基礎(chǔ)波形外，信號(hào)源還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬調(diào)制（AM，F(xiàn)M，PM），數(shù)字調(diào)制（ASK，F(xiàn)SK，PSK），疊加等處理。

調(diào)制就是將波形的某一參數(shù)替換成含有信息的變量。如下圖所示，通過改變幅度攜帶信息的為幅度調(diào)制（AM），通過改變頻率攜帶信息的為頻率調(diào)制（FM），通過改變相位攜帶信息的為相位調(diào)制（PM）。

在上述模擬調(diào)制中，調(diào)制波的變化過程是連續(xù)的，解調(diào)出來的信息也是連續(xù)的模擬信號(hào)。而在數(shù)字調(diào)制則是通過兩個(gè)不同的幅度、頻率或相位去表征數(shù)字信號(hào)的0、1信號(hào)，對(duì)應(yīng)的分別是ASK，F(xiàn)SK和PSK。

AM調(diào)制

FSK調(diào)制

方波疊加正弦波

2. 信號(hào)源的應(yīng)用

信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用大體上可以分為兩個(gè)大類，一類是作為激勵(lì)源，而另外一類是作為模擬源。

信號(hào)源作為激勵(lì)源時(shí)，其信號(hào)主要作用是控制系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備工作狀態(tài)。例如通過PWM信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)。在PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比直接決定了電機(jī)的速度。而信號(hào)源剛好可以連續(xù)輸出占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)。這些信號(hào)會(huì)被放大并送入步進(jìn)電機(jī)的定子線圈中，控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)在機(jī)器人中應(yīng)用廣泛。機(jī)器人需要運(yùn)動(dòng)精確、可控制、可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)可以提供這種控制，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行精細(xì)的操作。PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中也有廣泛的應(yīng)用。PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)可以用于控制醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，例如控制血壓計(jì)的壓力、控制呼吸機(jī)的通氣量等。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)是非常重要的組件。自動(dòng)化生產(chǎn)線需要高效、精確的控制，以確保生產(chǎn)過程的高效性和質(zhì)量。PWM調(diào)速步進(jìn)電機(jī)可以用于控制生產(chǎn)線上的各種運(yùn)動(dòng)，例如控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)、控制輸送帶的速度等。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與PWM信號(hào)關(guān)系圖（黃色方波為PWM信號(hào)，紫色正弦為電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線）

而在信號(hào)源作為模擬源使用時(shí)，需要其具備讀取外部波表并按波表輸出信號(hào)的能力。常用于如雷達(dá)信號(hào)仿真復(fù)現(xiàn)，傳感器輸出特性信號(hào)復(fù)現(xiàn)等場(chǎng)景。工程師可以通過對(duì)還原出來的信號(hào)進(jìn)行二次處理，或者對(duì)多次獲取的信號(hào)進(jìn)行比較，從中獲取關(guān)鍵信息。其中信號(hào)源的存儲(chǔ)深度越大，能夠復(fù)現(xiàn)的波形長度就越長。信號(hào)源的可調(diào)采樣率范圍越大，能夠還原出的信號(hào)細(xì)節(jié)就越多。