一般說(shuō)來(lái)信號(hào)發(fā)生器，都有低頻和高頻之分。我們低頻比較多叫的是信號(hào)發(fā)生器，而高頻叫信號(hào)源。這篇講的是信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)知識(shí)。
1、認(rèn)識(shí)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器
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。眾所周知，數(shù)字合成式函數(shù)信號(hào)源無(wú)論就頻率、幅度乃至信號(hào)的信噪比（S/N）均優(yōu)于模擬，其鎖相環(huán)（PLL）的設(shè)計(jì)讓輸出信號(hào)不僅是頻率，而且相位抖動(dòng)(phaseJitter)及頻率漂移均能達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài)，但畢竟是數(shù)字式信號(hào)源，數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾，始終難以有效克服，也造成在小信號(hào)的輸出上不如模擬式的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。
談及模擬式函數(shù)信號(hào)源，結(jié)構(gòu)圖如下：
這是通用模擬式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，是以三角波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)經(jīng)二極管所構(gòu)成的正弦波整型電路產(chǎn)生正弦波，同時(shí)經(jīng)由比較器的比較產(chǎn)生方波。
而三角波是如何產(chǎn)生的，公式如下：
換句話(huà)說(shuō)，如果以恒流源對(duì)電容充電，即可產(chǎn)生正斜率的斜波。同理，右以恒流源將儲(chǔ)存在電容上的電荷放電即產(chǎn)生負(fù)斜率的斜波，電路結(jié)構(gòu)如下：
當(dāng)I1=I2時(shí)，即可產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的三角波，如果I1>>I2，此時(shí)即產(chǎn)生負(fù)斜率的鋸齒波，同理I1<
再如圖二所示，開(kāi)關(guān)SW1的選擇即可讓充電速度呈倍數(shù)改變，也就是改變信號(hào)的頻率，這也就是信號(hào)源面板上頻率檔的選擇開(kāi)關(guān)。同樣的同步地改變I1及I2，也可以改變頻率，這也就是信號(hào)源上調(diào)整頻率的電位器，只不過(guò)需要簡(jiǎn)單地將原本是電壓信號(hào)轉(zhuǎn)成電流而已。
而在占空比調(diào)整上的設(shè)計(jì)有下列兩種思路：
1、頻率（周期）不變，脈寬改變，其方法如下：
改變電平的幅度，亦即改變方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度，即可達(dá)到改變脈寬而頻率不變的特性，但其主要的缺點(diǎn)是占空比一般無(wú)法調(diào)到20%以下，導(dǎo)致在采樣電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)瞬時(shí)信號(hào)所采集出來(lái)的信號(hào)有所變動(dòng)，如果要將此信號(hào)用來(lái)作模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換，那么得到的數(shù)字信號(hào)就發(fā)生變動(dòng)而無(wú)所適從。但不容否認(rèn)的在使用上比較好調(diào)。
2、占空比變，頻率跟著改變，其方法如下：
將方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度予以固定（正、負(fù)可利用電路予以切換），改變充放電斜率，即可達(dá)成。
這種方式的設(shè)計(jì)一般使用者的反應(yīng)是“難調(diào)”，這是大缺點(diǎn)，但它可以產(chǎn)生10%以下的占空比卻是在采樣時(shí)的必備條件。
以上的兩種占空比調(diào)整電路設(shè)計(jì)思路，各有優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)然連帶的也影響到是否能產(chǎn)生“像樣的”鋸齒波。
接下來(lái)PA（功率放大器）的設(shè)計(jì)。首先是利用運(yùn)算放大器（OP)，再利用推拉式(push-pull)放大器（注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防）將信號(hào)送到衰減網(wǎng)路，這部分牽涉到信號(hào)源輸出信號(hào)的指標(biāo)，包含信噪比、方波上升時(shí)間及信號(hào)源的頻率響應(yīng)，好的信號(hào)源當(dāng)然是正弦波信噪比高、方波上升時(shí)間快、三角波線(xiàn)性度要好、同時(shí)伏頻特性也要好，（也即頻率上升，信號(hào)不能衰減或不能減太大），這部分電路較為復(fù)雜，尤其在高頻時(shí)除利用電容作頻率補(bǔ)償外，也牽涉到PC板的布線(xiàn)方式，一不小心，極易引起振蕩，想設(shè)計(jì)這部分電路，除原有的模擬理論基礎(chǔ)外尚需具備實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，“TryError”的耐心是不可缺少的。
PA信號(hào)出來(lái)后，經(jīng)過(guò)π型的電阻式衰減網(wǎng)路，分別衰減10倍（20dB)或100倍（40dB),此時(shí)一部基本的函數(shù)波形發(fā)生器即已完成。（注意：選用π型衰減網(wǎng)絡(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定）。
一臺(tái)功能較強(qiáng)的函數(shù)波形發(fā)生器，還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計(jì)等功能，其設(shè)計(jì)方式在此也順便一提：
1.掃頻：一般分成線(xiàn)性（Lin)及對(duì)數(shù)（Log)掃頻；
2.VCG：即一般的FM，輸入一音頻信號(hào)，即可與信號(hào)源本身的信號(hào)產(chǎn)生頻率調(diào)制；
上述兩項(xiàng)設(shè)計(jì)方式，第1項(xiàng)要先產(chǎn)生鋸齒波及對(duì)數(shù)波信號(hào)，并與第2項(xiàng)的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)多路器（Multiplexer)選擇，然后再經(jīng)過(guò)電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換電路，同步地去加到圖二中的I1、I2上；
3.TTL同步輸出：將方波經(jīng)三極管電路轉(zhuǎn)成0(Low)、5V(High)的TTL信號(hào)即可。
但注意這樣的TTL信號(hào)須再經(jīng)過(guò)緩沖門(mén)（buffer)后才能輸出，以增加扇出數(shù)（FanOut)，通常有時(shí)還并聯(lián)幾個(gè)buffer。而TTLINV則只要加個(gè)NOTGate即可；
4.TRIG功能：類(lèi)似OneShot功能，輸入一個(gè)TTL信號(hào)，則可讓信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)周期的信號(hào)輸出，設(shè)計(jì)方式是在沒(méi)信號(hào)輸入時(shí)，將圖二的SWI接地即可；
5.Gate功能：即輸入一個(gè)TTL信號(hào)，讓信號(hào)源在輸入為Hi時(shí)，產(chǎn)生波形輸出，直到輸入為L(zhǎng)OW時(shí)，圖二SWI接地而關(guān)掉信號(hào)源輸出；
6.頻率計(jì)：除市場(chǎng)上簡(jiǎn)易的刻度盤(pán)顯示之外，無(wú)論是LED數(shù)碼管或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計(jì)電路是重疊的，方塊圖如下：
2.任意波形發(fā)生器，仿真實(shí)驗(yàn)的儀器
任意波形發(fā)生器是信號(hào)源的一種，它具有信號(hào)源所有的特點(diǎn)。我們傳統(tǒng)都認(rèn)為信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)（各種波形），然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢?jiàn)信號(hào)源在電子實(shí)驗(yàn)和測(cè)試處理中，并不測(cè)量任何參數(shù)而是根據(jù)使用者的要求，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以達(dá)到測(cè)試的需要。
信號(hào)發(fā)生器有很多種，包括正弦波信號(hào)