一、DDS和Arb的原理簡(jiǎn)介

1、DDS模式

在DDS模式下，信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)特別的緩存訪問(wèn)機(jī)制和時(shí)鐘機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)DDS模式。使用DDS模式可以輸出一個(gè)高精度頻率的波形。傳統(tǒng)的模式是輸出儲(chǔ)存器中波形的每個(gè)樣點(diǎn)，與傳統(tǒng)的模式不同DDS模式在緩存中儲(chǔ)存著單個(gè)周期的大量采樣點(diǎn)，使用DDS技術(shù)可以讓函數(shù)發(fā)生器或者是任意波形發(fā)生器從緩存中選擇輸出哪個(gè)樣本點(diǎn)。

DDS的實(shí)現(xiàn)需要包括三個(gè)主要硬件部分：(a)采樣時(shí)鐘，(b)相位累積器以及(C)查詢表，查詢表是一個(gè)可編程但只讀的緩存。下面的圖片顯示的就是DDS模式的一個(gè)硬件架構(gòu)。

工作機(jī)理：首先，相位累積器使用頻率調(diào)制字（Tuning Word）來(lái)判斷出信號(hào)的頻率。頻率調(diào)制字是一個(gè)24-48bit的數(shù)字字節(jié)，這個(gè)數(shù)字字節(jié)說(shuō)明在波形緩存區(qū)中需要跳轉(zhuǎn)幾個(gè)樣點(diǎn)。第二個(gè)器件是尋址器（Adder），尋址器將頻率調(diào)制字加到相位寄存器（phase register）上。新的值又輸出到相位寄存器上。相位寄存器采納新的數(shù)字字節(jié)并且使用新的數(shù)字來(lái)指定下一個(gè)從循環(huán)表里面輸出的采樣點(diǎn)。相位寄存器將保留下來(lái)的大部分沒(méi)有用在循環(huán)表里面的地址剩余部分返回到尋址器來(lái)反復(fù)的確保頻率的準(zhǔn)確性。每次計(jì)算得到的相位寄存器的值就會(huì)寫(xiě)入到查詢表中，根據(jù)相位寄存器的值選擇查詢表里面的值輸出給DAC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）就可以實(shí)現(xiàn)波形的輸出。

2、Arb模式

Arb模式可以以一個(gè)可變的采樣時(shí)鐘從波形存儲(chǔ)器中讀出量化數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)DAC和濾波器之后輸出，如果需要改變輸出信號(hào)的頻率，就需要調(diào)節(jié)采樣時(shí)鐘的頻率。Arb模式更接近一個(gè)數(shù)字儲(chǔ)存示波器的逆過(guò)程：

數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣率可以變化，Arb模式下的信號(hào)發(fā)生器的時(shí)鐘頻率也可以變化。

Arb模式下信號(hào)發(fā)生器的約束條件：存儲(chǔ)容量=采樣率X信號(hào)重復(fù)周期?？梢钥闯鲈?/span>Arb模式下，可以通過(guò)改變采樣時(shí)鐘來(lái)改變信號(hào)的輸出頻率，并且能夠保證存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)都被輸出，相比DDS方法，信號(hào)保真度更好。

二、采樣率對(duì)于兩種模式的影響

1、對(duì)于DDS模式的影響

在DDS模式架構(gòu)下面，采樣時(shí)鐘創(chuàng)建頻率調(diào)制字，更新相位累加器的值以及驅(qū)動(dòng)DAC輸出的速率。所以在DDS模式下面采樣時(shí)鐘越快，頻率調(diào)制字的速度也就越快，輸出的波形也就可以實(shí)現(xiàn)快速的頻率變化。對(duì)于調(diào)頻和掃頻模式的應(yīng)用也就更能勝任。

2、對(duì)于Arb模式的影響

在Arb模式下面，采樣時(shí)鐘直接決定了可以輸出的信號(hào)的最大頻率。根據(jù)內(nèi)奎斯特采樣定理規(guī)定， 采樣頻率或時(shí)鐘速率必須至少是生成的信號(hào)中最高頻譜成分的兩倍，以保證精確地復(fù)現(xiàn)信號(hào)。例如，為生成1 MHz的正弦波信號(hào)，必需以 2 M 樣點(diǎn) / 秒(MS/s)的頻率生成樣點(diǎn)。 盡管這一定理通常只是作為采集指導(dǎo)準(zhǔn)則使用， 但與示波器一樣， 其與信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)性非常明確。所以在Arb模式下面，采樣率越高能夠輸出的有效頻率也就越大。

三、分辨率在信號(hào)發(fā)生器中的作用

無(wú)論是DDS還是Arb模式，樣點(diǎn)最終都需要經(jīng)過(guò)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn) 換為模擬信號(hào)。跟示波器的ADC一樣，在示波器中ADC的位數(shù)越高能夠識(shí)別到的最小電壓也就越小，測(cè)量的精度也就越高。對(duì)于信號(hào)發(fā)生器來(lái)說(shuō)DAC的位數(shù)越高，能夠輸出的最小電壓也就越小。輸出的電壓步長(zhǎng)越小，輸出的波形越平滑。在下面的圖中可以看出16bit分辨率和3bit的分辨率下生成波形的平滑度是完全不一樣的。

四、總結(jié)

無(wú)論是對(duì)于信號(hào)發(fā)生器還是示波器來(lái)說(shuō)，采樣率和轉(zhuǎn)換器的分辨率都是非常重要的參數(shù)。如果我們以時(shí)間作為橫軸，電壓大小作為縱軸。那么采樣率可以理解為樣點(diǎn)之間橫軸方向的距離，而采樣率則可以理解為樣點(diǎn)之間縱軸方向的距離。當(dāng)采樣率和分辨率都足夠大的時(shí)候，輸出的波形就可以是由水平方向和垂直方向都很“密”的樣點(diǎn)直接構(gòu)成，而不需要額外的其他方式來(lái)對(duì)波形做處理（比如插值等）。

無(wú)論是信號(hào)發(fā)生器還是示波器，采樣率和分辨率看似都是一個(gè)矛盾的對(duì)立，沒(méi)辦法既有高的分辨率也有高的采樣率。這也是大家公認(rèn)的一個(gè)現(xiàn)象。

但是Active的騎士系列脈沖發(fā)生器，任意波形發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器卻可以實(shí)現(xiàn)在16位硬件分辨率模式下保持16GS/s的實(shí)時(shí)采樣率。這是因?yàn)?/span>Active采用了自己研發(fā)的一款DAC芯片。這是市場(chǎng)上第一個(gè)做到16bit@16GS/s的DAC芯片。