測試信號發(fā)生器的失真度是評估其輸出信號質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，失真度（Total Harmonic Distortion, THD）反映了輸出信號中諧波成分相對于基波的幅度比例。以下是詳細的測試方法、步驟及注意事項：

一、測試原理

失真度測試的核心是分析信號發(fā)生器輸出信號的頻譜，通過測量基波（主信號）和諧波（2次、3次等）的幅度，計算諧波總能量與基波能量的比值。公式為：

其中，V1為基波幅度，V2,V3,…,Vn為各次諧波幅度。

二、測試設備準備

1. 信號發(fā)生器：待測設備，需設置輸出頻率、幅度和波形（如正弦波）。
2. 頻譜分析儀：用于分析信號頻譜，推薦帶寬覆蓋待測信號及其諧波（如測試1kHz信號時，頻譜儀帶寬需≥100kHz）。
3. 衰減器：若信號幅度超過頻譜儀輸入范圍，需使用衰減器（如20dB或30dB）降低信號電平。
4. 同軸電纜：低損耗、高屏蔽性能的電纜（如RG-223或RG-400），減少外部干擾。
5. 負載匹配器：確保信號發(fā)生器輸出端與頻譜儀輸入端阻抗匹配（通常為50Ω）。

三、測試步驟

1. 連接設備

• 將信號發(fā)生器的輸出端通過同軸電纜連接至頻譜儀的輸入端。
• 若信號幅度較大，在連接線中串聯(lián)衰減器（如20dB），避免頻譜儀輸入過載。
• 確保所有連接器緊固，避免接觸不良引入噪聲。

2. 設置信號發(fā)生器參數(shù)

• 頻率：選擇待測頻率（如1kHz、10kHz、1MHz等），覆蓋信號發(fā)生器的常用工作范圍。
• 幅度：設置輸出幅度為頻譜儀可測量的合理范圍（如-10dBm至0dBm），避免信號過小導致信噪比不足。
• 波形：選擇正弦波（失真度測試通常針對正弦波）。

3. 配置頻譜分析儀

• 中心頻率：設置為待測信號頻率（如1kHz）。
• 掃描寬度（Span）：根據(jù)諧波次數(shù)調(diào)整（如測試1kHz信號的5次諧波，Span需≥5kHz）。
• 分辨率帶寬（RBW）：選擇較小值（如10Hz或100Hz）以提高頻譜分辨率，但需平衡測量時間。
• 參考電平：設置為略高于信號幅度（如+10dBm），確保信號顯示在頻譜儀屏幕中央。
• 輸入衰減：根據(jù)信號幅度調(diào)整（如0dB或10dB），避免輸入過載。

4. 測量失真度

• 手動計算法：
  1. 觀察頻譜儀顯示的頻譜，標記基波（V1）和諧波（V2,V3,…）的幅度。
  2. 記錄各次諧波的幅度值（單位：dBm或V）。
  3. 將諧波幅度轉(zhuǎn)換為線性值（如V=10(dBm/20)），代入THD公式計算。
• 自動測量法：
  • 部分頻譜儀支持THD自動測量功能（如Keysight N9020B MXA信號分析儀），可直接讀取THD值。
  • 操作步驟：進入“失真分析”模式，選擇“THD”參數(shù)，頻譜儀將自動計算并顯示結(jié)果。

5. 重復測試

• 在不同頻率點（如1kHz、10kHz、100kHz）重復上述步驟，驗證信號發(fā)生器在全頻段的失真性能。
• 記錄各頻率點的THD值，生成失真度曲線。

四、注意事項

1. 避免外部干擾

• 測試環(huán)境需遠離強電磁干擾源（如手機、Wi-Fi路由器）。
• 使用屏蔽電纜和金屬屏蔽箱（如Keysight 8410C）減少空間耦合干擾。

2. 確保信號純凈

• 信號發(fā)生器輸出端需連接50Ω負載（如頻譜儀輸入端），避免反射導致失真。
• 若信號發(fā)生器支持，啟用“純凈信號模式”（如Keysight 33600A系列的“Low Distortion”模式）。

3. 頻譜儀校準

• 測試前對頻譜儀進行頻率和幅度校準（如使用Keysight ECAL校準套件）。
• 確保頻譜儀的頻率響應平坦（±0.5dB以內(nèi)），避免幅度測量誤差。

4. 衰減器選擇

• 衰減器的衰減量需根據(jù)信號幅度調(diào)整，避免信號過小導致信噪比不足（如SNR<40dB時，THD測量誤差可能超過10%）。

5. 諧波次數(shù)限制

• 通常測試至5次或7次諧波即可覆蓋主要失真成分，更高次諧波幅度通常可忽略。

五、典型測試案例

案例1：測試1kHz正弦波的THD

1. 連接設備：信號發(fā)生器 → 20dB衰減器 → 頻譜儀。
2. 設置參數(shù)：
   • 信號發(fā)生器：頻率1kHz，幅度0dBm，正弦波。
   • 頻譜儀：中心頻率1kHz，Span 10kHz，RBW 10Hz。
3. 測量結(jié)果：

   • 基波（1kHz）：-10dBm（線性值0.316V）。

   • 2次諧波（2kHz）：-50dBm（線性值0.00316V）。

   • 3次諧波（3kHz）：-60dBm（線性值0.001V）。

   • 計算THD：

案例2：驗證信號發(fā)生器的線性度

1. 測試不同幅度下的THD：
   • 設置信號發(fā)生器輸出幅度為-20dBm、-10dBm、0dBm，分別測量THD。
   • 若THD隨幅度增加而顯著上升（如從0.1%升至1%），可能表明輸出放大器非線性嚴重。
2. 測試不同頻率下的THD：
   • 在1kHz、10kHz、100kHz下測量THD，驗證信號發(fā)生器在全頻段的失真性能。

六、總結(jié)與建議

• 選擇合適工具：優(yōu)先使用支持THD自動測量的頻譜儀（如Keysight N9020B、R&S FSW），可大幅提高測試效率。
• 控制測試環(huán)境：在屏蔽室內(nèi)測試，避免環(huán)境噪聲干擾。
• 定期校準：每季度對信號發(fā)生器和頻譜儀進行校準，確保測量準確性。
• 參考標準：若需符合行業(yè)標準（如IEC 61000-4-3），需按照標準規(guī)定的測試方法（如使用特定濾波器、帶寬等）進行測試。