信號發(fā)生器生成波形的方式可以大致分為兩種DDS模式和Arb模式。兩種模式都具有優(yōu)缺點。DDS模式具有低成本、低功耗、高分辨率和頻率轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點，適合輸出調(diào)頻、調(diào)相、掃頻信號。但是DDS可能會丟失一些數(shù)據(jù)點。另外一種方式就是Arb模式，可以理解為真任意波形發(fā)生器的意思。使用Arb模式可以編輯真實的復(fù)雜的任意波形信號。無論是上述兩種方式的哪一種或是一些新推出的其他方式的波形生成方法，采樣（時鐘）速率和分辨率都是非常關(guān)鍵的參數(shù)。本文主要介紹一下采樣率和分辨率對于信號發(fā)生器輸出波形的影響。
一、DDS和Arb的原理簡介
1、DDS模式
在DDS模式下，信號發(fā)生器使用一個特別的緩存訪問機制和時鐘機制來實現(xiàn)DDS模式。使用DDS模式可以輸出一個高精度頻率的波形。傳統(tǒng)的模式是輸出儲存器中波形的每個樣點，與傳統(tǒng)的模式不同DDS模式在緩存中儲存著單個周期的大量采樣點，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樣本點。
DDS的實現(xiàn)需要包括三個主要硬件部分：(a)采樣時鐘，(b)相位累積器以及(C)查詢表，查詢表是一個可編程但只讀的緩存。下面的圖片顯示的就是DDS模式的一個硬件架構(gòu)。
工作機理：首先，相位累積器使用頻率調(diào)制字（Tuning Word）來判斷出信號的頻率。頻率調(diào)制字是一個24-48bit的數(shù)字字節(jié)，這個數(shù)字字節(jié)說明在波形緩存區(qū)中需要跳轉(zhuǎn)幾個樣點。第二個器件是尋址器（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)字來指定下一個從循環(huán)表里面輸出的采樣點。相位寄存器將保留下來的大部分沒有用在循環(huán)表里面的地址剩余部分返回到尋址器來反復(fù)的確保頻率的準(zhǔn)確性。每次計算得到的相位寄存器的值就會寫入到查詢表中，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）就可以實現(xiàn)波形的輸出。
2、Arb模式
Arb模式可以以一個可變的采樣時鐘從波形存儲器中讀出量化數(shù)據(jù)，經(jīng)過DAC和濾波器之后輸出，如果需要改變輸出信號的頻率，就需要調(diào)節(jié)采樣時鐘的頻率。Arb模式更接近一個數(shù)字儲存示波器的逆過程：
數(shù)字存儲示波器的采樣率可以變化，Arb模式下的信號發(fā)生器的時鐘頻率也可以變化。
Arb模式下信號發(fā)生器的約束條件：存儲容量=采樣率X信號重復(fù)周期。可以看出在Arb模式下，可以通過改變采樣時鐘來改變信號的輸出頻率，并且能夠保證存儲器中的數(shù)據(jù)都被輸出，相比DDS方法，信號保真度更好。
二、采樣率對于兩種模式的影響
1、對于DDS模式的影響
在DDS模式架構(gòu)下面，采樣時鐘創(chuàng)建頻率調(diào)制字，更新相位累加器的值以及驅(qū)動DAC輸出的速率。所以在DDS模式下面采樣時鐘越快，頻率調(diào)制字的速度也就越快，輸出的波形也就可以實現(xiàn)快速的頻率變化。對于調(diào)頻和掃頻模式的應(yīng)用也就更能勝任。
2、對于Arb模式的影響
在Arb模式下面，采樣時鐘直接決定了可以輸出的信號的最大頻率。根據(jù)內(nèi)奎斯特采樣定理規(guī)定， 采樣頻率或時鐘速率必須至少是生成的信號中最高頻譜成分的兩倍，以保證精確地復(fù)現(xiàn)信號。例如，為生成1 MHz的正弦波信號，必需以 2 M 樣點 / 秒(MS/s)的頻率生成樣點。 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、分辨率在信號發(fā)生器中的作用
無論是DDS還是Arb模式，樣點最終都需要經(jīng)過DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn) 換為模擬信號。跟示波器的ADC一樣，在示波器中ADC的位數(shù)越高能夠識別到的最小電壓也就越小，測量的精度也就越高。對于信號發(fā)生器來說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)
無論是對于信號發(fā)生器還是示波器來說，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之間橫軸方向的距離，而采樣率則可以理解為樣點之間縱軸方向的距離。當(dāng)采樣率和分辨率都足夠大的時候，輸出的波形就可以是由水平方向和垂直方向都很“密”的樣點直接構(gòu)成，而不需要額外的其他方式來對波形做處理（比如插值等）。
無論是信號發(fā)生器還是示波器，采樣率和分辨率看似都是一個矛盾的對立，沒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)生器卻可以實現(xiàn)在16位硬件分辨率模式下保持16GS/s的實時采樣率。這是因為Active采用了自己研發(fā)的一款DAC芯片。這是市場上第一個做到16bit@16GS/s的DAC芯片。
