Rigol DG4000系列信号发生器的校准与误差修正方法

一、引言

Rigol DG4000系列信号发生器是一款高性能的双通道任意波形发生器，支持输出正弦波、方波、锯齿波、脉冲波等多种波形，频率范围覆盖1 μHz至200 MHz，具备高精度、低失真和宽动态范围等特点。为确保其在科研、测试和开发中的精度与可靠性，定期校准和误差修正是必不可少的环节。校准可修正因温度漂移、器件老化等因素导致的输出误差，提升信号源的整体性能。

二、校准前的准备工作

1. 环境要求

温度：建议在23±2°C的恒温环境中进行校准，避免温度波动超过±1°C。

湿度：相对湿度控制在30%~70%范围内，防止电路受潮或静电积累。

电磁环境：远离强电磁干扰源（如大功率电机、高频设备等），使用屏蔽良好的实验室环境。

2. 设备与材料

标准仪器：高精度频率计数器（如Rigol FC8000）、示波器（带宽≥500 MHz，如Rigol DS5000）、数字万用表（如Fluke 8846A）。

校准源：已知精度的参考信号源（如Rigol DG1000Z）。

连接线材：低损耗同轴电缆（如SMA接头，长度≤1米）。

3. 安全措施

确保信号发生器及所有设备接地良好，防止静电损坏。

避免在设备通电状态下插拔连接线。

佩戴防静电手套，接触内部电路时需先释放静电。

三、校准步骤

1. 基本设置与自检

启动信号发生器，预热至少30分钟。

进入“系统设置”菜单，选择“自检”功能，确认设备状态正常（无报错信息）。

设置输出参数：关闭所有调制功能（如AM、FM、PM），选择标准波形（正弦波）。

2. 频率校准

步骤1：设置信号发生器输出频率为10 MHz（典型值），使用高精度频率计数器测量实际输出频率。

步骤2：若测量值偏差超过±1 ppm（如实际输出为10.000002 MHz），进入“频率校准”菜单，调整“频率修正系数”至偏差归零。

步骤3：重复步骤1~2，覆盖全频率范围（1 μHz至200 MHz），重点校准常用频段（如10 kHz、1 MHz、10 MHz、100 MHz）。

3. 幅度校准

步骤1：设置输出幅度为1 Vpp（峰峰值），使用示波器测量实际幅度。

步骤2：若偏差超过±1%（如实际为0.99 Vpp），通过“幅度校准”菜单调整“增益修正值”。

步骤3：重复步骤1~2，覆盖不同幅度范围（如10 mVpp、100 mVpp、10 Vpp、20 Vpp）。

注意事项：高幅度校准时需使用示波器的高阻抗输入模式（≥1 MΩ），避免负载效应。

4. 波形失真校准

步骤1：输出1 kHz正弦波，使用示波器的“波形失真度测量”功能（如DS5000的“THD”模式）。

步骤2：若THD超过技术指标（如典型值为-60 dBc），调整信号发生器的“波形优化”参数（如滤波带宽、波形平滑系数）。

步骤3：必要时使用外部失真校准工具（如Rigol DG-CAL套件）进行高级修正。

四、误差修正方法

1. 频率误差修正

温度漂移补偿：若设备在极端温度环境下使用，可通过“温度补偿系数”功能（在“高级校准”菜单中）输入实际温度，系统自动修正频率偏移。

晶体老化修正：长期使用后，内部晶体振荡器可能老化，需定期（每年）使用外部参考源重新校准基准频率。

2. 幅度误差修正

非线性修正：对于大动态范围输出（如0.1 Vpp至20 Vpp）的幅度偏差，可通过分段校准（每10 dB为一档）建立修正曲线，由软件自动补偿。

负载效应修正：若输出阻抗与负载不匹配导致幅度下降，调整“输出阻抗匹配”参数（如50 Ω或高阻模式）。

3. 波形失真修正

滤波器优化：通过调整内部低通滤波器截止频率（如设置为输出频率的10倍），抑制高频噪声。

波形预失真处理：针对特定负载（如容性负载）导致的波形畸变，启用“预失真补偿”功能，反向修正输出波形。

五、校准与修正后的验证

1. 验证测试

频率精度验证：输出多个典型频率（如1 kHz、10 MHz、100 MHz），使用频率计数器验证偏差是否在±0.5 ppm以内。

幅度精度验证：从10 mVpp到20 Vpp输出，示波器测量误差不超过±0.5%。

失真度验证：在1 kHz至100 kHz范围内，THD应优于-60 dBc。

2. 数据记录与分析

使用Excel或专用校准软件记录每次校准前后的数据，计算修正前后的误差变化。

生成校准报告，包含环境参数、设备编号、校准日期、修正系数等信息。

通过严格的校准与误差修正，可显著提高Rigol DG4000系列信号发生器的输出精度，确保其在高精度测试场景中的可靠性。建议根据使用频率和环境条件，每6~12个月进行一次全面校准，并定期验证关键指标。对于极端环境或关键应用，可增加校准频率并采用外部标准源进行比对校准。