现代波形技术的发展趋势
关键字：波形波形产生器示波器DDS 数字采样
摘要：本文将从波形的获取和波形的产生这两个角度，对现代波形技术的发展趋势进行阐述。
正文：
随着电子技术，尤其是军事电子技术革新带来的新体制武器装备的发展与应用，电子信号频率上限、信号带宽和调制带宽不断拓展，调制种类不断增加，波形任意化程度加剧，频率分辨力和捷变速度大幅提高。
这一信号日益复杂化的趋势，对作为电子测试领域两大根本-信号产生与获取技术，提出了新的挑战。
以高速数字采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，波形产生与获取技术也不例外。
现代波形技术着眼于高速任意波形发生器、宽带高精度数字化仪、宽带数字存储示波器等高性能测试仪器的技术实现。
波形获取
在波形获取方面，数字采样技术应用极为广泛，数字电压表、数字存储示波器(DSO)、数字化仪、波形分析仪等仪器的技术实现几乎完全依赖采样技术；而基于数字中频技术的实时频谱分析仪、无线通信分析仪等测试仪器中，数字取样和实时信号处理技术已成为整个技术体系中的核心。
而且，随着A／D取样速率和精度的不断提升，以及DSP理论与技术的日益成熟，射频／微波测试仪器的实现技术也正从以传统扫频技术为核心向以数字取样和实时处理技术为核心转变，基于实时采样的时域测试仪器，如数字示波器、高精度数字化仪等正在成为现代电子仪器的主流发展方向，孕育着电子仪器体系和测量方法的重要变革。
观察电信号随时间变化情况的示波器最初完全是模拟式仪器，模拟示波器接受模拟信号的输入，并以模拟形式显示信息。
这种模拟示波器曾经广泛应用于各个领域。
随着半导体器件的发展和数字处理技术的发展，数字示波器成为了主流。
如今示波器技术瞬息万变，示波器的最新应用也层出不穷。
根据各个行业需求有所不同，示波器也有着多种发展趋势。
从并行到串行
过去的嵌入式设计通常采用并行体系结构，这意味着每个总线组成部分都有各自的路径。
因此，只要您可以使用码型触发或状态触发找出感兴趣的事件，就可以直观地解码总线上的数据。
然而，现代嵌入式设计一般采用串行体系结构——即连续发送总线数据。
这样做
的原因是它需要的电路板空间较小、成本较低，并且采用嵌入时钟，功率要求也较低。
多时域测量
在多媒体、网络及机械电子等相关设备的开发中, 被测量的信号不再是简单重复的波形, 而且常常包含着连续的信息。
这种信号的实例包括光盘信号、二以及各种其他串行总线信号。
多数情况下, 这些信号均属于多时域信号。
信号具有多种不同周期的成分, 具有多重时间轴。
我们的仪器努力为这种多时域信号的测量与分析增加更多有效的功能。
便携性
以往，性能高的示波器体积都很庞大，便于携带的示波器性能又较低，而用户只能选择二者之一。
且通常情况下，闪速转换器用于高速A/D转换，但原理上要求比较器也具有同样多的位数，这就出现了电路规模大，功率消耗高的缺点。
A/D转换器是决定波形测量仪器的产品规格的重要因素，开发低功耗的高速A/D转换器一直是人民多年来的梦想。
随着级联式结构的A/D转换器的开发，梦想终于成真。
数据处理功能
而在追求波形获取仪器的便携性的同时，强大的数据处理功能也是未来发展的一大主流趋势。
为实现这一功能，需要使用强大的数据处理电路，这也依靠于半导体技术的进步以及在结构方面的继续改进。
实用性
而随着智能化的普及，数字示波器也需要多种智能功能，比如数学函数，波形放大，滚动，数据存储和加载功能。
从这个角度来讲，数字示波器还有很大的发展空间。
对于前述的多时域测量，不仅提供大内存的波形捕获功能，而且允许用户在不丢失整体和部分波形关系的情况下滚动显示数据，并使滚动操作和显示更新的响应时间尽可能短。
因此，仪器的实用性也是人们始终不懈的追求。
波形产生
在波形产生方面，由于受DAC转换速度和固有特性限制，采用数字采样技术产生波形的最高频率和频谱纯度都较低，其应用受到一定限制。
但由于传统信号产生方式难以穷尽测试所需的千差万别的复杂波形，数字取样技术在任意波形产生中成为不可替代的选择，其核心是数字直接频率合成(DDS)技术。
基于DDS技术产生任意波形产生技术具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时保持连续等优点，在通信、雷达及对抗等领域得到了广泛应用。
高性能任意波形发生器能够生成或复现理想的、无失真“现实”信号，产生具有噪声和抖动、预加重、多电平、宽带RF和快速变化等特性的信号，在设计和测试流程中至关重要。
为了在保证信号质量的前提下降低查找表的规模，针对正弦信号的产生，各国学者广泛研究了各种波形压缩算法，如Nicholas提出的基于数字优化的方法、CORDIC算法、泰勒级数近似、双三角近似等。
在大容量波形存储技术方面，由于SRAM速度和容量限制，SDRAM成为一种有效的选择，但对高速应用存储控制的复杂度将大幅提高。
波形存储容量的扩大对某些特殊波形而言始终
是有限的，而且要折衷考虑实现代价。
因此，如何在存储容量有限的情况下有效扩展波形深度(时间)成为任意波形发生器中一项重要的实现技术，这就是波形序列合成技术。
在任意波形调制方面，幅度和频率调制传统上都采用模拟方法实现，但数字调制具有调制精度高、控制灵活等优点，而且DDS技术本身就是一种基于数字化的技术，具有实现数字调制的先天优势。
现代以微处理器为基础的任意波形发生器可通过键盘输入方程式或从图形扳描绘曲线来建立复杂的波形是一种有代表性的任意波形发生器的方框图。
用户键入描述波形的数据样点或方程式，或者从外部的源装^数据。
CPU把方程式或数据存^存储器然后CPU 计算波形样点并传送样点数据刊波形输出存储器。
任意波形发生器
波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前实时带宽超过1GHz的产品比较少，而且分辨率只有8位，不能满足快速发展的移动通信和高速网络的测量要求。
与数字存储示波器相比，任意波形发生器的全面指标存在明显差距，前者的取样率达到20GS/s和带宽6GHz，后者的取样率是4.8GS/s和带宽2GHz。
任意波形发生器首先要赶上数字存储示波器，然后再往前发展，因为在电路构成方面，任意波形发生器的核心部件是高速数/模转换器，它的工艺潜力还很大，显然缺少的是市场需求。
输出波形频率的提高
在过去，频率极限常常使任意波形发生器限于地质的、生物的和机械领域的应用，在这些应用中，波形可能是复杂的，但通常是低的频率，较新的任意波形发生器已能提供M Hz 频率的波形，从而打开了诸如通讯．计算机和显示等应用领域。
提高任意波形发生器输出频率，需要高速的存储器和高速的D/A转换器。
更方便的波形输入
任意波形发生器软件技术的开发正使任意波形的输人变得更加方便和容易。
AWGs通常允许用一系列的点、直线，或固定的函数段把波形数据输入存储器。
任意波形发生器可以用这些方法，同时可以利用一种非常强有力的数学方程输人方式，复杂的波形可以由仅仅几个比较简单的复合成V=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。
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。
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