在電子產品的設計與製造過程中，必須測試複雜電路或子系統，而且經常需要驗證來自元件或感測器殘缺不明或難以擷取的其他信號。例如，可能是簡單的語音或時脈訊號、較為複雜的序列資料串，或防撞系統安全氣囊的感應器訊號。產生及模擬這些訊號源的研究已行之多年，但是到了近期，其發展才突飛猛進。

過去產生這種波形係由不同的專用訊號源產生器產生，從超純語音正弦波產生器至數十兆赫茲無線電訊號產生器。使用者經常必須為特定專案購買特殊設計或修改訊號源產生器。隨著數位化取樣技術與數位訊號處理技術時代來臨，僅運用一個任意產生器解決方案，幾乎可以解決任何一種訊號產生的需求。

彌補差距

任意產生器可以分類為任意/函數訊號產生器與任意波形產生器。任意/函數訊號產生器能以高精確度與穩定性，提供典型正弦波、方波或其他規則的波形，以及基本任意波形，有時也可以產生脈衝。相較之下，任意波形產生器能提供廣泛甚至複雜波形。然而，這兩類儀器之間有差距，如同文中所敘述，客戶目前並無其他選擇，只好購置許多儀器產品，但是任何一種均無法完全滿足客戶需求。

任意波形產生器用途非常廣泛，其中一個優點是它能複製「真實」訊號，而「真實」訊號於測試中無法提供。有時可以使用示波器來擷取「真實」訊號，或是從可以複製波形的地方下載至產生器的記憶體。任意波形產生器也允許「理想」訊號隨異常和雜訊訊號放大，這是待測裝置預期會遭遇的實際情況。任意波形產生器也很適合產生複雜長序列訊號或寬頻訊號，例如跳頻脈衝壓縮雷達測試需要的訊號。需要較不複雜訊號的使用者通常會使用任意/函數訊號產生器，然而這些儀器使用者通常會碰到許多嚴重的困擾。

《圖一　新一代任意/函數訊號產生器需滿足工程師各項應用需求》

市場挑戰

雖然並未任何時候皆需要使用到高階任意波形產生器，但是任意/函數訊號產生器使用者有些關鍵需求必須滿足，使他們能夠進行設計、驗證或製程測試。目前任意/函數訊號產生器操作中常見的一項困擾是學習困難而且容易忘記，造成生產力低落。學校或大學學生也重視操作簡易性，這些使用者經常期待操作一次產生器即可學到所有儀器特性，如果學習操作儀器花費時間過長，則可能無法達成此目的。

最近產業調查發現使用者之許多重要需求，摘要如下：

另外，也重視小型機體，因為使用者的工作台常常堆滿物品，而且訊號源通常與其他測試裝置合併使用，例如示波器、電壓計、頻譜分析儀及電源供應器等。

性能/價格比的考量

隨著高速CMOS與DAC裝置時代來臨，帶動性能需求，因此訊號產生器必須具備較快速的取樣率與訊號頻寬、較佳的頻率設定解析度、彈性調變能力、較快的上升與下降時間之脈衝以及高純度訊號。例如，大部份嵌入式處理器應用其頻率通常為50至200MHz或更高。

多年來，任意/函數訊號產生器一直是位在「中等」的價格點，而且與經常使用的可攜式數位示波器擺在同一價位，但是，市場上的產品常出現明顯的價格－性能差距。許多任意函數產生器頻率範圍從10至100MHz，取樣率為100Msps至200Msps，但是超過這些範圍時，使用者通常被迫使用較昂貴的單一功能產品，例如RF訊號產生器與脈波產生器。

迎接挑戰

新世代儀器的性能必須更為卓越，除了提昇其重要的價值之外，並克服上述缺點，縮短市場差距。

為了滿足這些需求，專為電子電路測試工程師所設計的新一代任意/函數訊號產生器，需具備一個或一個以上的訊號輸入端與多種波形選擇，其頻率最高至240MHz，能夠產生任意波形，而取樣率最高至2Gsps，時脈穩定度則為1ppm。此外，具有直覺式簡易操作的圖形使用者介面。更重要的是，這些產品需可提供各種應用所需的訊號（1000Msps取樣率或更高），相較於目前許多其他高性能產品，還能夠節省使用者至少75％以上的成本。

是否具備GoC（單晶片產生器）的ASIC也成為講求性能優異、外型精巧與價格合理的產品關鍵之一。具備GoC的任意/函數訊號產生器能直接將數位合成電路、數位－類比轉換器（取樣率2Gsps），以及波形記憶體、調變、脈衝組與掃描等電路全整合在0.18μm的CMOS單晶片上。

除了高輸出頻率、快速取樣時脈與高速脈衝波形外，新一代儀器尚須提供獨立可調整脈衝波形的前導邊緣與後緣邊緣速度，這些功能特別適用於半導體特性與不對稱迴轉率的放大器處理程序中。

另外，若能配合大型彩色液晶顯示器的圖形使用者介面，即使對於不常使用的人而言，也能夠容易操作。因為只需看一眼即可知道相關設定，以及所需要波形的圖形確認。而具備USB 連接能力則可經由訊號源、個人電腦與示波器間的 USB 記憶卡提供更方便的儀器控制與波形傳輸，並可擴充任意/函數訊號產生器波形儲存至更大容量。

電腦、通訊、消費電子產業的客戶經常需要兩個或以上的訊號，以便模擬資料與時脈、類比與二位元控制訊號、或許多感應器訊號。這些使用者重視同一儀器擁有雙通道，如此一來，在同級儀器中，便可佔用最少空間，而更適合放置於擁擠的測試工作台。當需要兩個或以上的訊號，更可因同一儀器具備第二通道而節省其他空間。

放眼過去之任意/函數訊號產生器，為了改進缺點並方便使用者操作，新一代儀器勢必得具備更大螢幕與直覺式的使用者介面，這才能使工程師能夠專注於設計工作並且縮短產品上市的時間，而不需花費更多時間學習如何使用儀器。最後，配合正確的軟體工具可以使創造與編輯任意波形變得更容易，也可以更真實地傳輸MatLab檔案與示波器資料，以消除繁瑣轉換與修正。這些軟體工具能夠容易地建立方程式，以便使用編譯器邏輯及各種函數。

滿足未來需求

新世代任意/函數訊號產生器必須提供電子設計工程師滿足類比與內建處理器應用需求，例如各種多樣的訊號源、供應高訊號頻率、高傳真訊號複製與穩定的時脈訊號。因此，整合具備脈衝、函數與波形等功能的產生器，將能夠為現在與未來應用達成最佳化的解決方案。

（作者任職於Tektronix太克科技）

延 伸 閱 讀	將測試系統的成本降到最低及開發時間縮到最短，對目前的經濟環境來說，是相當重要的事情，如果能為測試系統選擇一套大小適中的切換及量測解決方案的話，就可以將系統設計、開發、除錯和維護的成本降到最低。相關介紹請見「 選擇大小合宜的切換解決方案」一文。 近十幾年來隨著半導體製程技術不斷地進步，單一積體電路內含的電晶體數目就如同指數般跳升增加，為了符合以消費者為導向的個人化、行動化以及便利性的需求。你可在「 類比/混合訊號之內建式自我測試電路 」一文中得到進一步的介紹。 在許多情況下，量測品質和維持高取樣率下能持續擷取資料的能力有關。在下文將以實例證明，數位器的記憶體深度可決定量測品質及精度。配備深記憶體的高速數位器具有強化時域及頻域量測的能力。在「 採深記憶體之高速數位器優勢概論」一文為你做了相關的評析。

市場動態

TEKTRONIX發佈能在其高性能示波器上提供快速、準確的抖動與時序量測之軟體組件：TDSJIT3第2版（TDSJIT3 V2），新軟體裡的量測精靈還能提供實現快速及易於抖動量測與分析的逐步指引。相關介紹請見「Tektronix為其高性能示波器新增抖動分析軟體」一文。 Thurlby推出高速任意波形產生器和函數產生器TGA12101，採樣時脈頻率達100MHz，該產品作為DDS函數產生器時，可產生高品質的1mHz至40MHz的正弦、餘弦、半正矢及半餘弦波形。你可在「 Thurlby推出採樣頻率100MHz的任意波形/函數產生器」一文中得到進一步的介紹。 LA的訊號產生器（Pulse Pattern Generator）是用於光通訊收發模組測試，用於產生高頻訊號，以模擬實際通信訊號，宜捷威運用此產品之特色，再整合至高速光模組測試系統（FMTS）中。在「宜捷威代理LA之訊號產生器PPG」一文為你做了相關的評析。