用任意函数发生器 (AFG) 复制真实世界的信号
在日常生活中，电子信号围绕着我们，从我们的手机，汽车和电脑，到我们自己的身体。我们使用的大多数产品都需要某种电输入信号才能正常工作。随着技术的进步，这些所需的信号也变得更加复杂和多样。例如，可穿戴健康设备 (如心率监测器) 必须能够准确地测量生物信号并使用该信号为用户提取信息。所有这些设备的一个共同点是期望在各种情况和条件下正确运行。这是通过测试具有宽范围的可能输入信号的设备来实现的。
当我们努力将更多的技术融入我们的身体和生活时，我们意识到驱动我们生物功能的信号是独特而复杂的。在产品测试期间模仿所述信号可能是困难的或昂贵的，因为我们的测试设备现在需要复制原始来源 (例如人的心脏)。常见的测试设备 (例如电源) 可能无法提供全面测试所需的多功能性。此外，在许多情况下，将噪声或其他异常添加到信号以在真实世界和压力条件下测试设备可能是有用的。
任意函数发生器 (afg)是解决这个问题的经济有效的方法。Afg具有重新创建复杂波形的能力，并且可以使用编辑工具来更改现有波形，从而无需为每种情况查找源。Afg也很紧凑，节省了实验室的空间，并且它们可以具有多通道功能，允许用户为设备同步多个波形。
可以通过各种不同的方式来重新创建此测试所需的真实信号。这个应用程序说明将审查一些不需要学习特殊软件或编写代码的方法。我们还将研究泰克AFG31000任意函数发生器，它提供了创建信号的独特功能。我们将研究的创建现实世界信号的4种方法是:
在Excel中使用数据或方程式
在PC上使用ArbExpress软件
在AFG31000上使用ArbBuilder软件
使用从示波器捕获的信号
以下各节将通过遍历每个波形的真实用例来探索创建波形的这些不同方法。
在Excel中使用数据或方程式:
Excel是从另一台仪器收集的数值数据构建自定义任意波形的绝佳工具，或从方程，因为它提供了先进的内置数学函数，可以处理大量的波形点。Excel电子表格可以保存为CSV文件，某些afg可以读取该文件。例如，可以使用Excel中的数据创建动作电位波形。
动作电位是由神经元细胞产生的用于传达信息的电压差。可以使用膜片钳和放大器测量动作电位。收集的数据可以保存为CSV格式，并在Excel中打开。在图1中，我们绘制了来自模拟数据的动作电位波形。
图1: Excel中的神经元动作电位
Excel还具有使用数学公式来操作数据的能力。例如，神经元动作电位脉冲可以减少20%，以产生图2所示的失败的动作电位。
图2: Excel中失败的神经元动作电位
此时，您可以将Excel电子表格作为CSV文件保存到USB驱动器，并将文件传输到您的AFG。在AFG3100上，CSV文件在名为ArbBuilder的软件中打开，如图3所示，并在其自己的部分中讨论。
图3: ArbBuilder中的神经元动作电位
在PC上使用ArbExpress软件:
ArbExpress是基于PC的软件，为泰克信号源仪器生成波形。此工具对于将波形远程发送到AFG和大型波形 (> 100万点) 特别有用。用户可以创建新的波形，编辑现有的波形和从泰克示波器加载波形。可以同时打开多个文件，从而简化了为双通道应用创建波形的过程，例如测试I2C LED驱动器或CAN总线。信号可以直接传输到任意波形发生器 (AWG) 或连接到PC的AFG。
ArbExpress可以打开现有的波形文件 (.wfm，.tfwx等) 以及CSV文件。要打开现有文件，请单击文件然后打开。选择要打开的文件格式，然后选择所需的文件。要从Tektronix示波器加载波形，请转到通信菜单。然后，用户可以直接从scope导入或使用scope采集向导来遍历连接和采集信号。
可以通过使用等式或使用标准波形来生成新的波形。ArbExpress可以生成以下标准波形: 正弦，正方形，三角形，脉冲，DC，指数上升，指数衰减，噪声，Sinc，扫描，多音调和洛伦兹。
在ArbExpress中打开波形时，编辑工具变为可用。这些工具在图4中以红色框显示，其中显示了一个I2C在示波器上捕获的时钟波形。
图4: 使用ArbExpress工具编辑I2C时钟波形
该工具允许用户绘制徒手或水平/垂直，放置单点，编辑点表或剪切，复制和粘贴波形的部分。的数学菜单允许用户组合不同的功能，例如将噪音添加到I2C数据波形如图5所示。ArbExpress显示结果波形的预览，无需打开和关闭窗口。
图5: 向I添加噪声2C数据波形
波形完成后，用户可以通过USB电缆将AFG连接到其PC，并通过单击文件传输和控制按钮。波形文件可以直接发送到AFG通过点击发送到Arb按钮。ArbExpress能够使用多达128百万个点创建波形。这些波形用于afg31000上的序列模式。
在AFG31000上使用ArbBuilder软件:
ArbBuilder是AFG31000上的内置软件，允许用户使用前面板触摸屏轻松创建多达一百万个点的自定义任意波形。它还允许导入。csv文件直接到AFG，而不需要先通过PC。
可以在主屏幕上找到ArbBuilder，其中列出了应用程序，如图6所示。
图6: AFG31000主屏幕
当用户启动ArbBuilder时，他们可以选择打开按钮从USB闪存驱动器或AFG的内部存储器加载现有的任意波形。或者，用户也可以选择新波形或新方程创建一个全新的波形。新波形允许用户从一个空白波开始或从一组标准波中选择一个基础。标准波形包括正弦，方形，三角形，脉冲，噪声，Sin(x)/x，DC，扫描，洛伦兹，指数上升 (Exp。上升) 和指数衰减 (Exp。衰减) 波形如图7所示。点击前可以编辑每种类型波的参数OK转到完整编辑器。
图7: ArbBuilder中的新标准波形
的新方程按钮使用户能够使用公式编辑器创建波形。用户可以通过使用具有预定义数学函数的触摸屏键盘或通过加载现有方程来构建数学方程。一旦输入，必须编译方程以从连续方程创建离散的点集。编译后，可以在将方程式加载到ArbBuilder编辑器之前以图形方式预览方程式。图8显示了使用公式编辑器创建的阻尼正弦波形。
图8: 在ArbBuilder公式编辑器中创建阻尼正弦波
一旦用户根据需要配置了波形基�。碠K将创建波形文件并在ArbBuilder编辑器中打开它，如图9所示。波形文件作为一个选项卡填充，因此可以同时打开多个波形进行编辑。
图9: ArbBuilder编辑器中的阻尼正弦波
在编辑器的底部，用户可以访问编辑显示波形的功能。的绘制按钮打开绘图工具的菜单，使用户可以选择仅使用手指和触摸屏来更改波形。可以完全徒手绘制或仅使用垂直或水平编辑。可以使用编辑或添加单个点点功能。这将打开点绘制表，用户可以选择用于连接点的插值方法。在我们的示例中，可以使用Freehand绘图工具将阻尼正弦波的起点扩展到0V，从而复制欠阻尼RLC电路的瞬态响应，如图10所示。
图10: 在ArbBuilder中创建RLC电路瞬态响应的手绘图
的编辑按钮允许用户剪切，复制，粘贴，反转，镜像或移动已编辑波形的部分。拖动红色和绿色光标允许用户选择将受动作影响的波形部分。
当波形完成时，有两种方式输出它。小于131，072点的波形可以通过按发送按钮，选择目标通道，如图11所示。任意波形将被设置为在下次打开基本模式时运行。对于大于131，072点的波形，将波形保存为波形文件 (使用扩展名，*.tfwx)，并在高级模式下在其中打开。高级模式可以输出高达16Mpts或128Mpts的波形，并具有可选的内存扩展。
图11: 将波形从ArbBuilder发送到输出通道
使用从示波器捕获的信号:
通常，用户希望使用AFG来精确地复制通常由外部源产生的信号。信号可能来自难以操作或访问或用于测试的昂贵的源。信号还可以表示非常特定的情况，诸如必须被准确地复制以用于测试的罕见心脏状况。随着医疗技术和可穿戴医疗设备的扩展，再现生物信号对于功能的准确验证是必要的。解决方案是使用示波器捕获所需的波形，然后将其传输到afg31000。
例如，可以使用光电探测器 (光电体积描记法) 或通过连接到放大器的电极来捕获心跳波形。在示波器上捕获所需信号后，如图12所示，可以将波形作为 *.csv或 *.wfm文件保存到USB闪存驱动器。
图12: 在Tektronix MSO5示波器上捕获的模拟心跳波形
对于少于一百万个点的波形，可以使用USB闪存驱动器将波形文件直接传输到AFG。图13显示了从ArbBuilder中显示的示波器捕获的单个心跳波形。对于大于一百万个点的波形，请参见关于ArbExpress的部分。
图13: ArbBuilder中模拟的心跳波形
用户现在可以在ArbBuilder中编辑导入的波形以对其进行自定义。例如，要创建不规则的心跳或心律失常 (如心跳中的心室过早收缩)，请使用光标选择心跳中的主尖峰。这是QRS波群，其中心脏去极化和收缩。按编辑然后复制复制光标之间的波形部分。将光标直接移动到完整心跳之后，并粘贴复制的波形。选择新复制的波形部分，然后按倒置翻转截面。现在按绘制扩展复制的波形以创建室性早搏波形。
图14: ArbBuilder中模拟的室性早搏
波形完成后，如图14所示，以基本模式将其发送到所需通道，或以高级模式保存并打开以将其输出到医疗设备，例如图15所示的起搏器或心脏除颤器。电路被隔离以保护被测器件。AFG31000有2个同步通道，用于需要多个输入的测试设备。
图15: 将波形发送到起搏器等医疗设备的电路
结论
如今，几乎所有消费产品都具有需要输入特定电子信号以使产品正确运行的电路或设备。在测试对某些人的生命至关重要的传感器、微控制器和心脏起搏器等医疗设备时，拥有能够准确复制这些信号的测试设备非常重要。
泰克AFG31000系列任意函数发生器是满足这些需求的紧凑且经济高效的解决方案。内置的ArbBuilder软件可以在用户的指尖生成自定义波形。ArbExpress软件提供了处理复杂和大波形的功能，并将其从PC直接传输到AFG。波形创建工具补充了从示波器或Excel CSV文件导入波形的功能，允许用户选择最适合他们的方法，从而减少设置时间和测试错误。
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