工程上由于電路的非線性等不理想特性，產(chǎn)生的正弦波往往不是理想的“單音”信號(hào)而是會(huì)附帶輸出一些諧波和諧波以外的雜散，統(tǒng)稱為“失真”。

1、諧波失真

諧波失真是信號(hào)的功率與大諧波的功率的比值，通常單位為dB：

衡量諧波失真性能的另一個(gè)指標(biāo)是總諧波失真（THD），指的是各次諧波（工程上通常取到6次）的幅度的均方根與信號(hào)幅度的比值，通常用%表示。SDG2000X在輸出0dBm10Hz~20kHz的正弦波時(shí)，總諧波失真大為0.075%。

2、非諧波雜散

非線性導(dǎo)致的失真除了諧波，還可能是一些其他頻譜分量，如信號(hào)（或其諧波）與時(shí)鐘信號(hào)的交調(diào)產(chǎn)物，因此需要定義另外一個(gè)指標(biāo)——非諧波雜散來(lái)量度這些分量。

雜散的大小通常用無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）來(lái)表示，指的是信號(hào)功率和大雜散功率的比值單位通常用dB。注意有些地方對(duì)雜散的定義包括了諧波和非諧波雜散，但是在我們的函數(shù)發(fā)生器中雜散僅僅指諧波以外的失真。

3、方波/脈沖

方波的時(shí)域波形可以用下圖表示：

在一個(gè)周期內(nèi)方波的表達(dá)式為：

其中T是方波的周期是一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間長(zhǎng)度。  就是方波的占空比。

在方波設(shè)置界面中，除了可以設(shè)置正弦波/余弦波可設(shè)置的全部參數(shù)還增加了占空比設(shè)置的選項(xiàng)，但是在函數(shù)發(fā)生器中，占空比的設(shè)置范圍一般會(huì)受到頻率設(shè)置的限制。

實(shí)際上就是一個(gè)矩形函數(shù)，其頻譜可表示為：

是一個(gè)以為幅度的辛克函數(shù)。

由于方波是矩形函數(shù)以T為周期的拓展，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論，一個(gè)函數(shù)在時(shí)域的周期化，對(duì)應(yīng)頻域的離散化，因此方波的頻譜實(shí)際就是為取樣點(diǎn)取樣后的頻譜。從直觀上來(lái)看就是辛克函數(shù)包絡(luò)下的方波的角頻率及其各次諧波分量。

方波對(duì)應(yīng)的頻譜，其中 [公式] 為方波的基頻角頻率：

可見，方波的頻譜是無(wú)限寬的。如果讓方波經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，只保留其部分諧波成分則對(duì)應(yīng)時(shí)域上的波形將發(fā)生畸變。由下圖可以看出經(jīng)過(guò)低通濾波后的方波，不但信號(hào)沿變緩，而且產(chǎn)生了上下過(guò)沖，這種過(guò)沖現(xiàn)象就是“吉伯斯效應(yīng)”。

經(jīng)過(guò)低通濾波后的方波，其保留頻譜分量占濾波前總頻譜能量的比重越大方波的失真就越小。對(duì)于窄脈沖，由于其辛克函數(shù)包絡(luò)展得很寬頻譜能量分散，往往要保留很多階的高次諧波才能較小的失真。同樣是5MHz頻率，保留5次諧波，但20ns的窄脈沖已經(jīng)出現(xiàn)了幅度上的失真。

對(duì)于50%占空比的方波來(lái)說(shuō)，如果要顯示方波效果，至少要保留3~5次諧波。因此任意波形發(fā)生器方波頻率一般達(dá)不到其大輸出頻率指標(biāo)。如SDG5000函數(shù)發(fā)生器，大輸出頻率160MHz，但方波大頻率為50MHz。

4、抖動(dòng)

方波/脈沖經(jīng)常被用來(lái)作為時(shí)鐘信號(hào)使用，因此我們必須關(guān)注時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——抖動(dòng)。抖動(dòng)可以定義為一個(gè)信號(hào)在跳變時(shí)相對(duì)其理想時(shí)間位置的偏移量。

一個(gè)信號(hào)抖動(dòng)的成分較為復(fù)雜，主要分為確定性抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)兩部分。其中隨機(jī)抖動(dòng)服從高斯分布，確定性抖動(dòng)又由多種成分構(gòu)成，例如在任意波形發(fā)生器中，使用DDS方法產(chǎn)生的方波/脈沖，可能產(chǎn)生1個(gè)采樣周期的確定性抖動(dòng)。SDG5000/SDG2000X中采用了獨(dú)特的EasyPulse技術(shù)，可以消除這個(gè)抖動(dòng)，關(guān)于EasyPulse技術(shù)，我們會(huì)在后面的章節(jié)中詳細(xì)闡述。

抖動(dòng)的時(shí)域測(cè)量通常有三種方式：Period，cycle-cycle和TIE。我們測(cè)量抖動(dòng)時(shí)采用方法的是cycle-cycle。由于抖動(dòng)的成分中含有服從高斯分布的隨機(jī)成分，因此一般按統(tǒng)計(jì)的方法，取均方根值（rms）來(lái)衡量抖動(dòng)的大小，采用了EasyPulse技術(shù)的SDG2000X系列函數(shù)發(fā)生器在輸出1Vpp，輸出負(fù)載設(shè)置為50Ω時(shí)，抖動(dòng)可以小于150ps，有效克服了DDS技術(shù)會(huì)產(chǎn)生較大周期抖動(dòng)的缺陷。

5、三角波

對(duì)稱度為50%的三角波的時(shí)域波形：

三角波在一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式如下，我們稱之為三角脈沖：

對(duì)應(yīng)的頻譜表達(dá)式為：

類似于方波，三角波是三角脈沖以為周期的拓展，因此三角波的頻譜實(shí)際就是為取樣點(diǎn)取樣后的頻譜。從直觀上來(lái)看，就是辛克函數(shù)平方包絡(luò)下的方波的角頻率 [公式] 及其各次諧波分量。對(duì)應(yīng)的頻譜圖如下?？梢钥吹?，由于辛克函數(shù)平方包絡(luò)在n為偶數(shù)時(shí)等于0，因此三角波頻譜實(shí)際只包含奇次諧波。

在三角波的設(shè)置界面中，可以針對(duì)三角波的對(duì)稱性進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的范圍從0%到100%，當(dāng)對(duì)稱性的值不為50%時(shí)，任意波形發(fā)生器將輸出鋸齒波。

6、鋸齒波

鋸齒波就是“不對(duì)稱的三角波”，極端的情況對(duì)稱性甚至為0%或者100%，此時(shí)鋸齒波在時(shí)域上存在躍變，對(duì)應(yīng)頻譜上的頻譜就會(huì)展得很寬。類似于窄脈沖，要保留很多階的高次諧波才能擁有較小的失真。

7、高斯白噪聲

如果一個(gè)噪聲它的幅度分布服從高斯分布，并且它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱之為高斯白噪聲自然界的熱噪聲就是高斯白噪聲。

高斯噪聲的幅度是隨機(jī)數(shù)，無(wú)法用確定的值來(lái)給出。所以我們使用高斯分布的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)：均值（μ）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）來(lái)衡量高斯噪聲的幅度。

在任意波形發(fā)生器中，可以對(duì)輸出噪聲的均值和標(biāo)準(zhǔn)差這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

任意波形發(fā)生器的模擬通道是一個(gè)低通信道，因此高斯白噪聲經(jīng)過(guò)模擬通道后，就變成了限帶高斯白噪聲，一般用-3dB截止點(diǎn)來(lái)衡量它的帶寬。

由于高斯白噪聲本身的頻譜是均勻的，因此它通過(guò)低通信道生成的限帶高斯白噪聲的頻率響應(yīng)，實(shí)際上就是該低通信道的頻率響應(yīng)。利用這個(gè)特性可以用高斯白噪聲來(lái)測(cè)試任意波形發(fā)生器的模擬通道頻響。

SDG5000/SDG2000X的噪聲由專門的高斯白噪聲發(fā)生器產(chǎn)生，其重復(fù)周期超過(guò)100年，工程上可以認(rèn)為是真正意義的隨機(jī)噪聲。

8、任意波形輸出

任意波形發(fā)生器除了可以輸出以上描述的幾種基本波形，還可以在“任意波形”模式中構(gòu)建許多特殊的波形，設(shè)置的方式有三種，我們可以在函數(shù)/任意波形發(fā)生器中載入內(nèi)建波形，同時(shí)我們可以通過(guò)Matlab等工具生成CSV文件導(dǎo)入任意波形發(fā)生器，此外還可以通過(guò)任意波形繪制軟件繪制內(nèi)建波形中不包含的波形。在SDG2000X系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器中，任意波形的大長(zhǎng)度可以達(dá)到8Mpts，輸出頻率范圍在1μHz到20MHz之間。

內(nèi)建波形的選取界面，系統(tǒng)按照常用、數(shù)學(xué)、工程和窗函數(shù)/三角函數(shù)四種類別對(duì)內(nèi)建波形進(jìn)行分類，載入內(nèi)建波形之后，同樣可以對(duì)頻率，幅值和偏置等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

全系列任意波形發(fā)生器都可以支持EasyWave任意波形繪制軟件，在EasyWave中，可以通過(guò)手動(dòng)繪圖，方程式繪圖坐標(biāo)繪圖，標(biāo)準(zhǔn)波形等方式繪制您想要的波形，還有豐富的工具對(duì)繪制完成的波形進(jìn)一步處理，波形文件可以一鍵導(dǎo)入任意波形發(fā)生器。

至此我們已經(jīng)對(duì)任意波形發(fā)生器輸出基本波形的類型及其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了相對(duì)詳盡的描述，在接下來(lái)的文章中我們將會(huì)對(duì)任意波形發(fā)生器的模擬調(diào)制輸出，掃頻輸出和Burst輸出相關(guān)的概念和參數(shù)進(jìn)行闡述。