一、DDS和Arb的原理簡介

1、DDS模式

在DDS模式下，信號發生器使用一個特別的緩存訪問機制和時鐘機制來實現DDS模式。使用DDS模式可以輸出一個高精度頻率的波形。傳統的模式是輸出儲存器中波形的每個樣點，與傳統的模式不同DDS模式在緩存中儲存著單個周期的大量采樣點，使用DDS技術可以讓函數發生器或者是任意波形發生器從緩存中選擇輸出哪個樣本點。

DDS的實現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。

工作機理：首先，相位累積器使用頻率調制字（Tuning Word）來判斷出信號的頻率。頻率調制字是一個24-48bit的數字字節，這個數字字節說明在波形緩存區中需要跳轉幾個樣點。第二個器件是尋址器（Adder），尋址器將頻率調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字字節并且使用新的數字來指定下一個從循環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表里面的地址剩余部分返回到尋址器來反復的確保頻率的準確性。每次計算得到的相位寄存器的值就會寫入到查詢表中，根據相位寄存器的值選擇查詢表里面的值輸出給DAC（模數轉換器）就可以實現波形的輸出。

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據，經過DAC和濾波器之后輸出，如果需要改變輸出信號的頻率，就需要調節采樣時鐘的頻率。Arb模式更接近一個數字儲存示波器的逆過程：

數字存儲示波器的采樣率可以變化，Arb模式下的信號發生器的時鐘頻率也可以變化。

Arb模式下信號發生器的約束條件：存儲容量=采樣率X信號重復周期。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據都被輸出，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模式架構下面，采樣時鐘創建頻率調制字，更新相位累加器的值以及驅動DAC輸出的速率。所以在DDS模式下面采樣時鐘越快，頻率調制字的速度也就越快，輸出的波形也就可以實現快速的頻率變化。對于調頻和掃頻模式的應用也就更能勝任。

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。根據內奎斯特采樣定理規定， 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，以保證精確地復現信號。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準則使用， 但與示波器一樣， 其與信號發生器的相關性非常明確。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、分辨率在信號發生器中的作用

無論是DDS還是Arb模式，樣點最終都需要經過DAC模數轉換器將數字信號轉 換為模擬信號。跟示波器的ADC一樣，在示波器中ADC的位數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。對于信號發生器來說DAC的位數越高，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

無論是對于信號發生器還是示波器來說，采樣率和轉換器的分辨率都是非常重要的參數。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。這也是大家公認的一個現象。

但是Active的騎士系列脈沖發生器，任意波形發生器和函數發生器卻可以實現在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采用了自己研發的一款DAC芯片。這是市場上第一個做到16bit@16GS/s的DAC芯片。