《函数发生器检定规程》

JJG中华人民共和国国家计量检定规程JJG840-2013____________________________________________________________________________________函数信号发生器FunctionGenerator（征求意见稿）2013-XX-XX发布2013-XX-XX实施____________________________________________________________________________________国家质量监督检验检疫总局发布JJG840-2013代替JJG840-93JJG840-2013代替JJG840-93VerificationRegulationofFunctionWaveformGenerator____________________________________________________________________________________归口单位：全国无线电计量技术委员会主要起草单位：计量科学研究院上海市计量测试技术研究院江苏省计量科学研究院参加起草单位：计量科学研究院河南省计量科学研究院本规程委托全国无线电计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：郁月华（中国计量科学研究院）朱建刚（上海市计量测试技术研究院）武军（江苏省计量科学研究院）参加起草人：缪京元（中国计量科学研究院）黄见明（中国计量科学研究院）杜建国（河南省计量科学研究院）目录引言II1范围12概述13计量性能要求13.1输出频率13.2输出幅度13.3正弦波输出幅度平坦度13.4总谐波失真13.5谐波失真13.6三角波/斜波特性13.7上升时间13.8过冲13.9方波/脉冲占空比13.10触发输出14通用技术要求15计量器具控制15.1检定条件15.2检定用设备16检定项目26.1检定项目一览表27检定方法37.1外观及功能正常性检查37.2时基频率检定47.3输出幅度检定47.4直流电压检定77.5正弦波幅度平坦度检定87.6总谐波失真检定97.7谐波失真检定107.8方波脉冲上升时间/过冲检定107.9方波脉冲占空比检定117.10三角波线性度检定127.11斜波线性度检定137.12触发输出检定138检定结果处理139检定周期13附录A检定结果的原始记录表格附录B检定证书内页格式附录C检定结果通知书格式附录D测量结果不确定度评定附录E三角波线性度测量流程引言本规程是对JJG840-93函数信号发生器检定规程的修订版本，修订内容如下：原规程“输出幅度的检定”，用示波器测量幅度时，函数发生器输出幅度技术指标优于1%时已不再适用，修订后直接用数字电压表检测其波形幅度有效值；由波形系数计算被测波形幅度峰峰值。原规程用电压表和示波器检定“正弦波幅度平坦度”，已不再满足频率高达几百兆赫兹，频响指标高达1%左右的函数信号发生器，修订后直接用功率计或测量接收机检定正弦波幅度平坦度。失真参数：保留原规程的“正弦波总失真系数的检定”，修订后增加了谐波失真参数，并作为选测项。原规程中“三角波线性的检定”，其匹配负载连接复杂，公式笼统，不易操作，修改后用50欧姆匹配负载替代；将公式进行了细化，并在附录E中给出了最小二乘法拟合公式和测量程序参考流程。由于大多数函数发生器技术说明书中没有给出调制功能的技术指标而只给出调制范围或相关功能的参数，因此本规程对调制信号只作仪器功能正常性检查。现有函数发生器没有衰减器要求，修订后的规程已取消此参数。 函数信号发生器检定规程1范围本规程适用于频率在250MHz以下的函数信号发生器的检定。2概述函数信号发生器可产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、脉冲波等，以及调幅AM、调频FM、调相PM、移频键控FSK、群脉冲BURST、扫频SWEEP等各种函数信号波形，广泛应用于科技、军事、通讯、生产测试、仪器维修等领域。3计量性能要求3.1输出频率：0.1Hz~250MHz±110-63.2输出幅度：20mV~55V（峰峰值）(1MΩ1kHz)±1.0%10mV~10V（峰峰值）(50Ω1kHz)±1.0%3.3正弦波幅度平坦度：50kHz~250MHz±0.1dB~±0.5dB3.4总谐波失真：DC~20kHz1V（峰峰值）0.04%~0.2%3.5谐波失真：0.1Hz~250MHz1V（峰峰值）-70dBc~-30dBc3.6三角波/斜波线性：<0.1%3.7上升时间：1ns3.8过冲：<2%3.9方波/脉冲占空比：10%~90%3.10触发输出：3.10.1触发输出电平：按说明书要求（或TTL正脉冲电平）触发脉冲极性：上升时间或下降时间4通用技术要求：函数波形发生器外观不应有影响正常工作的机械损伤，控制旋钮、按键、开关、输入、输出插座应牢固，操作可靠；具有明确的标志，显示清晰完整；函数波形发生器应有永久性生产厂名；具有明显电源电压标志，函数波形生器开机后自检和各输出功能应正常；送检时应携带使用说明书和上次的检定证书。5计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定、修理后和使用中检验。5.1检定条件5.15.1.1.1环境温度：(23±5)℃5.1.1.25.1.1.3供电电压：(220±11)V，(50±1)5.1.1.4周围无影响检定5.2检定用设备5.2.1频率范围：DC~250MHz频率准确度：1×10-75.2.2数字电压频率范围：DC，10Hz~100kHz交流电压测量范围：10mV~100V最大允许误差：ACV:±0.1%直流电压测量范围：10mV~100V最大允许误差：DCV:±0.01%;要求具有外触发延迟测量功能5.2.3频率范围：应覆盖被检函数波形发生器输出信号的频率范围相对电平：(-130~20)dBm：±0.01dB±0.005dB/10dB绝对电平：0.1dB~0.3dB5.2.4频带宽度：DC~1GHz上升时间tr:350ps幅度最大允许误差：±1.5%5.2.5失真度分析仪频率范围：20Hz~100kHz失真度测量范围：0.01%~30%最大允许误差：±10%5.2.6频率范围：9kHz~3GHz电平测量动态范围：≥100dB最大允许误差：±（1~2）dB5.2.70.5W50Ω±0.5%注：所有检定用设备技术指标应优于被校函数信号发生器技术指标的1/3~1/10倍。6检定项目6.1检定项目如表1所示表1检定项目一览表检定项目名称首次检定周期检定使用中检查外观、各函数波形频率范围、以及各调制功能工作正常性检查+++时基频率+++输出波形幅度+++直流电压+**正弦波幅度平坦度++*正弦波总失真系数**-谐波失真**-方波/脉冲上升时间/过冲+++脉冲占空比++*三角波线性**-触发输出+++注：“+”为应检项目，“-”为可不检项目，“*”为可选检项目，判断依据按被检函数发生器说明书技术指标项目和技术指标要求为准。7检定方法7.1外观及功能正常性检查被检函数发生器应具有说明书、出厂检验或原检定证书及相应的配套附件；外观不应有任何机械损伤、各功能、菜单、数字按键及旋钮应正常;各标志应清晰完整7.1.2.1按图1所示连接,被检函数发生器按规定时间进行预热后，其输出连接示波器输入，被检函数发生器按说明书要求，设置频率至最大，输出幅度置合适，对正弦波、方波、三角波等输出波形分别进行检查，在最大输出频率时，应显示波形正常。图1输出波形检查图1输出波形检查连线图被检函数发生器数字示波器CH1垂直输入主输出7.1.3调制（AM）.1调幅功能的检查a按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，函数发生器设置载波为“正弦波”，载波频率如10MHz，调幅“AM”功能，内调制源“IntSource”，调制波为正弦波，调制频率如400Hz或1kHz(2mHz至50kHz任意选点)，输出幅度如1V峰峰值（或0dBm），调幅深度“AMDepth”为100%,（0%至100%范围内选择其中任意点如：10%、50%、90%等），观测示波器屏幕显示正常的调幅波形，调幅功能工作正常。并记录于表A.12中b若用测量接收机检查调幅功能，则图1中数字示波器改为测量接收机，被检函数发生器输出信号连接测量接收机RFINPUT射频输入端，按步骤a设置函数发生器调幅功能状态，测量接收机设置：接收机测试界面，输入相应载波频率值进行频率自动调谐，选择解调模式AM功能及解调的调幅度参数和被测调制频率带宽滤波器，可直接读取测量接收机屏幕显示值为被检函数发生器设置的调制频率和调幅深度，则函数发生器调幅功能正常。.2调频（FM）功能的检查a按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，函数发生器设置载波为“正弦波”，载波频率如10MHz，调频“FM”功能，内调制源“IntSource”，调制波为正弦波，调制频率如400Hz或1kHz(2mHz至50kHz任意选点)，输出幅度如1V峰峰值（或0dBm），调频频偏“FreqDev”为50kHz，观测示波器屏幕显示正常的调频波形，调频功能工作正常。并记录于表A.12中b若用测量接收机检查调频功能，则图1中数字示波器改为测量接收机，被检函数发生器输出信号连接测量接收机RFINPUT射频输入端，按步骤a设置函数发生器调频功能状态，测量接收机设置：接收机测试界面，输入相应载波频率值进行频率自动调谐，选择解调模式FM调频功能及解调的调频频偏参数和被测调制频率带宽滤波器，可直接读取测量接收机屏幕显示值为被检函数发生器设置的调制频率和调频频偏，则函数发生器调频功能正常。.3调相（PM）功能的检查按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，函数发生器设置载波为“正弦波”，载波频率如80MHz，调相“PM”功能，内调制源“IntSource”，调制波为正弦波，调制相位频率1kHz(2mHz至50kHz任意选点)，输出幅度如1V峰峰值（或0dBm），调相相偏“Deviation”为100º(0至180degrees范围内任意选点)，观测示波器屏幕显示正常的调相波形，调相功能工作正常。并记录于表A.12中.3频率监控（FSK）功能的检查按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，函数发生器设置载波为“正弦波”，输出频率如10MHz，按Mod键设置调制类型为频率监控功能输出，内调制源“IntSource”，调制波为正弦波，调制相位频率1kHz(2mHz至50kHz任意选点)，输出幅度如1V峰峰值（或0dBm），按说明书技术要求设置“FSKRate”如500Hz(2mHz至100kHz任意选点),载波输出频率如10kHz、“HopFreq”1kHz(即50%的调制)，观测示波器屏幕显示正常的FSK波形，则频率监控功能工作正常。并记录于表A.12中.4扫频（SWEEP）功能的检查a按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，被测函数发生器设置扫频方式，起始频率（如：100kHz）、终止频率（如：50MHz）、输出幅度合适（如：1V峰峰值）、扫描时间（如：2s）、按输出键ON，此时示波器屏幕显示频率2s变化一次的扫频波形，扫频特性功能正常。并记录于表A.12中b若用测量接收机检查扫频功能，则图1中数字示波器改为测量接收机，测量接收机选择频谱模式，设置起始和终止频率，频谱带宽大于函数发生器扫频宽度，观察测量接收机能能正常扫频输出，即扫频功能正常。.5群脉冲功能的检查a按图1所示连接，将被检函数发生器输出连接到示波器垂直输入端，被检函数发生器设置：输出幅度合适，选择任何波形作群输出波形（如：选择方波1kHz、5Vpp），设置群（Burst）波形模式，群波形个数（如N-CYC为5)，群周期（如10ms）；函数发生器输出ON状态，此时观测示波器屏幕显示5个波峰的群周期输出波形，则群脉冲输出功能正常如图2所示：并记录于表A.12中7.2时基频率的检定仪器连接如图2所示图2图2时基频率检定连线图被检函数发生器频率计数器CH1输入主输出&后面板参考输出7.2.2被检函数发生器后面板输出参考时钟频率fb为1MHz或5MHz或10MHz，（如果无此输出口则将前面板主输出,输出幅度合适位置如：0dBm）连接至频率计测频输入端，7.2.3频率计设置“频率测量”功能，读取此时显示的频率值fs为时基频率实测值，并记录于表A.1.1中。函数发生器时基频率误差按公式（1）计算：（1）式中：fb——函数发生器输出频率标称值fs——输出频率实测值δf——频率误差按图2所示连接,被检函数发生器输出连接频率计CH1周期&测频输入端，设置被检仪器输出频率至最小（如：正弦波1Hz）,输出幅度置合适，此时频率计应显示正常。设置被检仪器输出频率至最大，输出幅度置合适，检查正弦波、方波、三角波等输出最大频率，函数发生器输出频率范围应满足说明书技术要求，并记录于表中。7.3输出幅度检定7.3.1.1仪器连接如图3数字电压表数字电压表ACV输入被检函数发生器主输出图31MΩ输出幅度检定连线图函数发生器设置：正弦波，频率1kHz，幅度置中间值如1V峰峰值（U0），输出阻抗1MΩ，数字电压表（以下简称数字表）置交流电压（ACV）测量功能，读取此时数字表测量正弦波显示有效值Ui，并记录于表A.按公式（2）计算正弦波输出幅度误差：（2）式中：δ为被测正弦波幅度误差U0为正弦波峰峰幅度标称值Ui为正弦波实测幅度有效值.4改变函数发生器正弦波最小输出幅度（如20mV峰峰值）和最大输出幅度（如20V或55V峰峰值），按条方法，对正弦波大、中、小三个幅度点上分别进行检定并分别记录于表中。.5仪器连接如图4，函数发生器设置正弦波输出阻抗50Ω，频率1kHz，幅度置大、中、小三个幅度点，重复按.2、7.3.1.3条方法，对50Ω输出正弦波幅度进行检定，并记录于表A.3.1中。50Ω50Ω数字电压表被检函数发生器主输出ACV输入图450Ω输出幅度检定连线图7.3.2方波幅度.1仪器连接如图3.2函数发生器设置：方波，频率1kHz，幅度置中间值如1V峰峰值（U0），输出阻抗1MΩ，数字表置交流电压（ACV）测量功能，读取此时数字表测量方波显示有效值Ui，并记录于表中。按公式（3）计算方波输出幅度误差：（3）式中：δ为被测方波幅度误差U0为方波峰峰幅度标称值Ui为方波实测幅度有效值.4改变函数发生器方波最小输出幅度（如20mV峰峰值）和最大输出幅度（如20V或55V峰峰值），按.2、7.3.1.3条方法，对方波大、中、小三个幅度点上分别进行检定并分别记录于表A.2.2中。.5仪器连接如图4，函数发生器设置方波输出阻抗50Ω，频率1kHz，幅度置大、中、小三个幅度点，重复按7.3.2.2、7.3.2.3条方法，对50Ω输出方波幅度进行检定，并记录于表A.3.2中。方波输出幅度应满足说明书技术要求。7.3.3.1仪器连接如图37.3.3.2函数发生器设置：三角波，频率1kHz，幅度置中间值如1V峰峰值（U0），输出阻抗1MΩ，数字表置交流电压（ACV）测量功能，读取此时数字表测量三角波显示有效值Ui，并记录于表A.2.3中按公式（4）计算三角波输出幅度误差：（4）式中：δ为被测三角波幅度误差U0为三角波峰峰幅度标称值Ui为三角波实测幅度有效值7.3.3.4改变函数发生器三角波最小输出幅度（如20mV峰峰值）和最大输出幅度（如20V或55V峰峰值），按7.3.3.2、7.3.3.3条方法，对三角波大、中、小三个幅度点上分别进行检定并分别记录于表A.2.37.3.3.5仪器连接如图4，函数发生器设置三角波输出阻抗50Ω，频率1kHz，幅度置大、中、小三个幅度点，重复按7.3.3.2、7.3.3.3条方法，对50Ω输出三角波幅度进行检定，并记录于表A.3.3中。7..1按7.3.3条三角波输出幅度方法进行斜波输出幅度的检定。并将1MΩ斜波幅度数据记录于表A.2.4中，将50Ω30MHz以下通用型函数波形发生器的输出幅度(可调范围)检定按图5连接：CH1CH1DC耦合被检函数发生器数字示波器主输出图5连续可调函数波形幅度检定连线图.1函数发生器设置正弦波、1kHz、调节输出幅度（度盘）微调旋钮至最小幅度，输出阻抗1MΩ。.2示波器设置1ms/div左右，按下示波器“自动设置“钮，示波器输入阻抗置1MΩ，改变垂直偏转使示波器显示波形幅度为屏幕高度的80%左右，选择示波器“测量”菜单中的电压峰峰值参数，读取此时示波器测量正弦波幅度峰峰值为被检输出幅度最小值Umin；.3调节输出幅度（度盘）微调旋钮至最大幅度，按条的方法读取此时示波器测量正弦波幅度峰峰值为被检输出幅度最大值Umax，并将Umin和Umax数据记录于表中。.4函数发生器设置三角波、方波，按上述.1、、条方法检定三角波、方波输出幅度范围，并将Umin和Umax数据记录于表中。.5设置图5中被检函数发生器输出阻抗50Ω、示波器输入阻抗置50Ω，按上述条方法,检定函数发生器50Ω负载时的正弦波、三角波、方波输出幅度范围，并分别将Umin和Umax数据记录于表中。7.4直流电压的检定仪器连接如图6数字电压表数字电压表函数发生器输出DCV输入图61MΩ输出直流电压检定连线图函数发生器设置正、负直流电压输出功能、输出阻抗1MΩ，直流电压为U0（1V）；数字表设置直流电压（DCV）测量功能，读取此时数字表显示值U1，按公式（5）计算直流电压误差（5）式中：δ为被测直流电压误差U0为直流电压输出标称值U1为直流电压输出实测值改变函数发生器直流电压最小值（如：±5mV），直流电压最大值（如：±5V），按7.4.1至7.4.4条方法，对1MΩ输出直流电压大、中、小三个幅度点上分别进行检定并记录于表A.4.1和表A.4.2中；按图7连接检定50Ω输出直流电压，设置函数发生器输出阻抗50Ω，按7.4.1至7.4.5条方法，对50Ω输出直流电压大、中、小三个幅度点上分别进行检定并记录于表A.4.3和表A.4.4中；50Ω50Ω数字电压表函数发生器DCV输入输出图750Ω输出直流电压检定连线图7.5正弦波幅度平坦度检定7.5.功率头图8正弦波幅度平坦度检定连线图功率头图8正弦波幅度平坦度检定连线图输入50Ω正弦波输出被校函数发生器功率计用功率计（或电压头）测量正弦波幅度平坦度，函数发生器输出设置：正弦波、50Ω、幅度为0dBm（或100mV峰峰值）、频率设为f0(如：1kHz、50kHz或1MHz)基准频率点；功率计设置频率与被校函数发生器相同。读取此时功率计电压显示值U0为基准频率点实测值，并记录于表A.5.1中；改变输出频率fi，在函数发生器输出频率范围内，均匀选择n个频率点(n≥10)，读取各频率点的功率计电压显示值Ui，记录于表A.5.按公式（6）计算正弦波幅度平坦度，应满足说明书技术要求。（6）式中：U0为基准频率点实测幅度Ui为改变频率后各频率点实测幅度（i=1,2,3…n）δi为各频率点电压误差用功率计(功率头)测量正弦波幅度平坦度时，按条方法读取功率计显示功率值A0。按7.5.3条方法读取改变频率后的功率计显示功率值Ai。按公式（7）计算正弦波幅度平坦度，（7）式中：A0(dBm)为基准频率点功率实测值Ai(dBm)为改变频率后各不同频率点功率实测值（i=1,2,3…n）δA（dB）为各频率点功率误差改变正弦波输出幅度至最大（10V峰峰值），按条方法，进行最大输出(10V峰峰值)幅度点的正弦波幅度平坦度检定，并将数据分别记录于表A.5.2表格中.7.6总谐波失真检定仪器连接如图9所示：50Ω50Ω被校函数发生器失真度(音频)分析仪50Ω正弦波输出Bal输入图9总谐波失真检定连接图将被检正弦波连接到失真度（音频）分析仪平衡输入端，函数发生器输出设置“正弦波”，幅度置合适（1V或0dBm)，输出阻抗50Ω，输出频率如1kHz（DC~20kHz范围内分别设置）。失真度（音频）分析仪设置：模拟状态、交流耦合、平衡输入口、输入阻抗高阻（200kΩ）、选择失真THD功能、滤波带宽按条规定的输出频率的5倍以上设置（如22kHz、40kHz、80kHz、250kHz分别设置），分别读取各频率点的总谐波失真系数THD,并记录于表A.6中，应满足说明书技术要求。谐波失真检定频谱分析仪频谱分析仪RF输入函数发生器正弦波输出图10正弦波谐波失真检定连线图仪器连接如图10所示：被检函数发生器正弦波输出连接频谱分析仪RFINPUT射频输入端函数发生器设置：正弦波，幅度置1V峰峰值(或最大)，输出阻抗50Ω，输出频率设置f1；频谱分析仪设置：按预置键进入频谱分析仪测试界面，设置中心频率1MHz；扫频宽度50kHz(或100kHz)；衰减器、分辨率带宽、视频带宽为默认值自动；设置幅度参考电平大于被测峰值电平如：5dBm左右。此时，频谱分析仪屏幕显示f1基波峰值电平，用游标和峰值电平键读取基波电平L1(dBm)，并记录于表A.7中。将频谱分析仪改变中心频率至f2(f2为两倍f1)；按、条方法读取屏幕显示的二次谐波电平实测值L2(dBm)，并记录于表A.7中。按公式（8）计算正弦波二次谐波失真，应满足说明书技术要求。（8）按说明书技术要求改变频率，按7.7.3至7.7.7条方法分别检定各频率点的二次谐波失真ai(dBc)记录于表A.7中，应满足说明书技术要求。如频谱分析仪具有谐波测量功能，可直接使用此功能进行谐波ai测量。7.8方波/脉冲上升时间仪器连接如图11所示：20dB衰减器50Ω20dB衰减器50Ω输入被校函数发生器数字示波器50Ω输出图11方波/脉冲上升时间检定连接图LL图12方波上升时间波形7.8.2被检函数发生器置方波/脉冲、最大幅度输出(50Ω、10V峰峰值),频率置1MHz，偏置为零；用BNC电缆经20dB通过式衰减器连接到示波器垂直输入端7.8.3数字示波器垂直输入设置50Ω，垂直灵敏度置0.2V/div(使方波/脉冲幅度高度显示为示波器屏幕高度的80%左右)，扫描时间设置被测上升时间左右（如上升时间1ns时,置0.5ns/div或1ns/div），调整示波器触发通道和触发灵敏度，使波形稳定显示.，如图12所示，并将此波形图嵌入表A.8中7.8.4按示波器“测量”菜单键，选择“上升时间”测量参数，读取波形10%(90%)幅度点对应水平距离L的上升时间tr；选择过冲测量参数，读取波形的上冲量Sb，并记录于表A.8中7.9方波/脉冲占空比检定7.9.1仪器连接同图11所示：被检函数发生器置方波&脉冲，最大输出幅度(50Ω、10V峰峰值)，频率按说明书要求设置，设置占空比值（如：50%）,用BNC电缆经20dB通过式衰减器连接到示波器7.9.2数字示波器垂直设置50Ω，灵敏度置0.2V/div左右，使方波幅度高度显示为示波器屏幕高度的80%左右，调整示波器触发通道和触发电