低频段信号发生器（通常指频率范围在Hz至MHz级别，如音频、射频低频段）的校准需依赖高精度参考设备与专业测试仪器，以确保其输出信号的频率、幅度、相位等参数符合技术规范。以下是校准所需的核心设备及具体应用场景：
一、频率校准设备：确保输出频率精准
- 频率计数器（Frequency Counter）
- 功能：测量信号发生器的实际输出频率，与标称值对比以校准频率精度。
- 关键参数：
- 测量范围：需覆盖信号发生器的输出频率（如1Hz-100MHz）。
- 分辨率：至少6位显示（如0.000001Hz），支持小数点后6位频率读数。
- 闸门时间：可调（如1s、10s），闸门时间越长，测量精度越高（但响应速度降低）。
- 应用场景：校准信号发生器的基本频率输出，例如验证1kHz正弦波的实际频率是否为1000.000±0.001Hz。
- 铷原子钟或GPS驯服时钟（可选）
- 功能：提供高稳定度时间基准（频率稳定度优于1×10⁻¹¹/天），作为频率计数的外部参考，提升校准精度。
- 应用场景：对高精度信号发生器（如用于量子计量或精密测试的设备）进行长期频率稳定性校准。
二、幅度校准设备：精确控制信号强度
- 功率计（Power Meter）与功率传感器
- 功能：测量信号发生器的输出功率（dBm或W），校准幅度精度。
- 关键参数：
- 频率范围：需覆盖信号发生器的输出频段（如100kHz-3GHz）。
- 动态范围：至少-70dBm至+20dBm，以适应小信号与大信号测量。
- 线性度：±0.02dB（典型值），确保幅度测量误差极小。
- 应用场景：校准信号发生器在1kHz、1MHz等频点的输出功率，例如验证+10dBm标称值的实际功率是否为10.00±0.05dBm。
- 衰减器（Attenuator）
- 功能：扩展功率计的测量范围，保护功率传感器免受高功率信号损坏。
- 类型选择：
- 固定衰减器：用于降低大信号功率（如20dB衰减器将+30dBm信号降至+10dBm）。
- 可变衰减器：支持连续调节衰减量（如0-60dB），适用于动态幅度校准。
- 应用场景：在校准高功率信号发生器时，通过衰减器将输出功率降至功率计量程内。
三、波形质量校准设备：评估信号纯净度
- 示波器（Oscilloscope）
- 功能：观察信号发生器的输出波形，检测失真、噪声等非理想特性。
- 关键参数：
- 带宽：需至少为信号发生器最高频率的3-5倍（如校准1MHz信号需100MHz带宽示波器）。
- 采样率：≥5倍信号频率（如1MHz信号需≥5MS/s采样率）。
- 垂直分辨率：12位或更高，以区分微小幅度变化。
- 应用场景：校准信号发生器的方波上升时间、正弦波谐波失真（THD）等参数。
- 频谱分析仪（Spectrum Analyzer）
- 功能：分析信号的频域特性，检测杂散信号、谐波失真等。
- 关键参数：
- 频率范围：覆盖信号发生器的输出频段（如1Hz-3GHz）。
- 分辨率带宽（RBW）：可调（如1Hz-1MHz），RBW越小，频谱分辨率越高。
- 显示平均噪声电平（DANL）：≤-140dBm（典型值），以检测微弱杂散信号。
- 应用场景：校准信号发生器的相位噪声、杂散抑制比（如验证10MHz信号的杂散是否低于-80dBc）。
四、相位校准设备（可选）：同步信号相位关系
- 相位计（Phase Meter）
- 功能：测量两个信号之间的相位差，校准信号发生器的相位输出精度。
- 关键参数：
- 相位测量范围：0°-360°，分辨率≤0.1°。
- 频率范围：覆盖信号发生器的输出频段（如1Hz-10MHz）。
- 应用场景：校准双通道信号发生器的相位同步性能（如验证两路1kHz信号的相位差是否为90.0°±0.1°）。
五、辅助设备与软件
- 校准软件
- 功能：自动化校准流程，记录校准数据并生成报告。
- 典型功能：
- 频率扫描校准：自动测试多个频点的频率精度。
- 幅度线性度校准：生成幅度-电压曲线并修正非线性误差。
- 数据追溯：支持校准证书导出与历史数据查询。
- 应用场景：提升校准效率，减少人为操作误差。
- 连接线与适配器
- 功能：确保测试设备与信号发生器之间的可靠连接。
- 类型选择：
- 同轴电缆：用于高频信号传输（如N型或SMA接口）。
- BNC转接头：适配不同接口类型（如将信号发生器的BNC输出转为N型输入）。
- 应用场景：避免因连接不良导致的测量误差。
六、校准流程示例（以频率校准为例）
- 连接设备：将信号发生器的输出通过同轴电缆连接至频率计数器的输入端。
- 设置参数：在信号发生器上设置目标频率（如1MHz），幅度适中（如0dBm）。
- 测量读数：观察频率计数器的显示值，记录实际频率（如1.000001MHz）。
- 调整校准：通过信号发生器的校准菜单输入修正值（如-1Hz），使实际频率与标称值一致。
- 验证结果：重复测量多次，确认频率稳定性（如±0.001Hz以内）。
七、设备选型建议
- 经济型方案：
- 频率计数器：Keysight 53230A（10位分辨率，150MHz带宽）。
- 功率计：R&S NRX（覆盖DC-6GHz，动态范围-70dBm至+20dBm）。
- 示波器：Rigol DS1054Z（50MHz带宽，1GSa/s采样率）。
- 高精度方案：
- 频率计数器：Fluke 6685A（12位分辨率，3GHz带宽，支持铷钟参考）。
- 功率计：Anritsu ML2438A（覆盖9kHz-40GHz，动态范围-70dBm至+30dBm）。
- 频谱分析仪：Keysight N9020B MXA（10Hz-50GHz带宽，DANL≤-165dBm）。
