信号发生器是最早出现的测量仪器之一,在20世纪20年代的时候便有最早的信号发生器产生了。随着电子通信技术的逐步发展,40年代已经出现了标准信号发生器,这也使得信号发生器从定性分析发展成为定量分析,完成了本质的提升。与此同时,还出现了脉冲信号发生器,主要用于对脉冲电路的测试分析,以及作为脉冲调制器实现外触发输入。但由于早期的信号发生器机械结构复杂、消耗功率较大、电路难以调试,经常出现波形不稳定、易受干扰、寿命短以及不能长时间使用等问题,因此发展情况并不理想。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器[3]。 28411
自60年代以来,随着单片机(MCU)技术的崛起,也使得信号发生器得到进一步发展。这个时期,电子工程师利用MCU和相应外围硬件电路,组成了函数发生器。函数发生器可利用算法及反馈,让系统自动调整输出信号频率的偏差,从而提高波形的精度和稳定性。除此之外,还出现了集成函数发生器芯片,只需要外接少量的元件,即可产生正弦波、方波、三角波等几种简单的函数信号波形,但无论是利用MCU技术或是专门的集成芯片,当时的函数发生器均不能输出很高频率的波形。这个时期的信号发生器主要以模拟电子技术为主,由分立元件搭建或集成的模拟电路构成。由于模拟电路本身可能会产生偏置,并且还可能产生振荡,使输出波形的稳定性变差。而且由模拟电路还存在着尺寸大、调试难、功耗大、成本高等缺点,并且当所需的输出信号比较复杂时,电路结构就会相应的非常复杂[4]。论文网
70年代,微处理器(MPU)的出现使得函数发生器实现的方式发生变化。利用MPU、DAC(数模转换器)和ADC(模数转换器),使得函数发生器的性能提升,能够产生复杂且稳定的波形信号。由于以MPU为核心,所以这时期的函数发生器多以软件实现为主,从本质上说,就是利用MPU对DAC的进行编程,控制DAC输出函数信号。输出波形由软件控制的一个缺陷就是无法产生高频率信号,这主要是由MPU的内部指令运行速度决定的[5]。一般来说,提高频率的方法有两种,一是提高MPU的时钟周期,二是减少指令执行周期,但这两个办法的效果都不够理想。从本质上讲,最有效的解决办法,还是改进MPU内部的硬件集成电路的结构。
近二十多年来,计算机技术和现代微电子技术相互促进,使两者得到迅猛地发展,这也使得电子技术有了跨时代的进步,即数字信号处理逐步取代了原有的模拟信号处理。在各个领域中,数字化技术都得到了重要的应用。与此同时,也出现了相应的高速处理器,如16位单片机、DSP等,这些处理器的突出优点是处理速度快、集成度高、片上资源丰富、可靠性好;同时实际的数字化系统中还用到了先进的智能控制算法,从而提升了系统本身处理信号的能力,也提高了信号产生和测量的精度和变换速度,使得数字信号发生器随之发展起来[6]。
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