Генератор сигналов - Signal generator
Генератор сигналов является одним из класса электронных устройств , который генерирует электронные сигналы с заданными свойствами амплитуды, частоты и формы волны. Эти сгенерированные сигналы используются в качестве стимула для электронных измерений, обычно используемых при проектировании, тестировании, устранении неполадок и ремонте электронных или электроакустических устройств, хотя они часто также используются в художественных целях.
Существует много разных типов генераторов сигналов с разными целями и приложениями и с разной стоимостью. Эти типы включают в себя функциональные генераторы , РФ и генераторы сигналов СВЧ генераторов, тангаж, Генераторы сигналов произвольной формы , цифровые генераторы шаблонов , и генераторы частоты. В общем, ни одно устройство не подходит для всех возможных приложений.
Генератор сигналов может быть таким же простым, как генератор с калиброванной частотой и амплитудой. Генераторы сигналов более общего назначения позволяют управлять всеми характеристиками сигнала. Современные генераторы сигналов общего назначения будут иметь микропроцессорное управление, а также могут позволять управление с персонального компьютера. Генераторы сигналов могут быть отдельно стоящими автономными приборами или могут быть включены в более сложные автоматические испытательные системы.
История
В июне 1928 года General Radio 403 был первым коммерческим генератором сигналов, который когда-либо продавался. Он поддерживает диапазон частот от 500 Гц до 1,5 МГц. Кроме того, в апреле 1929 года General Radio выпустила на рынок первый коммерческий стандарт частоты с частотой 50 кГц.
Генераторы сигналов общего назначения
Генератор функций
Функциональный генератор представляет собой устройство , которое производит простые повторяющиеся формы волны . Такие устройства содержат электронный генератор - схему , способную создавать повторяющуюся форму волны . (Современные устройства могут использовать цифровую обработку сигналов для синтеза сигналов, а затем цифро-аналоговый преобразователь или ЦАП для получения аналогового выхода). Наиболее распространенной формой волны является синусоидальная волна , но обычно доступны пилообразные , ступенчатые ( импульсные ), квадратные и треугольные генераторы сигналов, а также генераторы сигналов произвольной формы (AWG). Если генератор работает выше диапазона звуковых частот (> 20 кГц ), генератор часто будет включать какую-либо функцию модуляции, такую как амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM) или фазовая модуляция (PM), а также вторую осциллятор, который обеспечивает форму волны модуляции звуковой частоты .
Генератор сигналов произвольной формы
Генератор сигналов произвольной формы (AWG или ARB) - это сложный генератор сигналов, который генерирует сигналы произвольной формы в опубликованных пределах частотного диапазона, точности и выходного уровня. В отличие от функционального генератора, который производит небольшой набор определенных сигналов, AWG позволяет пользователю определять исходный сигнал различными способами. AWG обычно дороже, чем генератор функций, и часто имеет меньшую полосу пропускания. AWG используется в приложениях для проектирования и тестирования более высокого уровня.
Генераторы ВЧ и СВЧ сигналов
Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов используются для тестирования компонентов, приемников и испытательных систем в самых разных приложениях, включая сотовую связь, Wi-Fi , WiMAX , GPS , аудио- и видеовещание, спутниковую связь, радары и радиоэлектронную борьбу . Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов обычно имеют схожие функции и возможности, но различаются по частотному диапазону. Генераторы радиочастотных сигналов обычно имеют диапазон от нескольких кГц до 6 ГГц, в то время как генераторы микроволновых сигналов охватывают гораздо более широкий частотный диапазон, от менее 1 МГц до не менее 20 ГГц. Некоторые модели достигают частоты до 70 ГГц с прямым коаксиальным выходом и до сотен ГГц при использовании с модулями внешних источников волновода. Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов можно разделить на генераторы аналоговых или векторных сигналов.
Генераторы аналоговых сигналов
Генераторы аналоговых сигналов на основе синусоидального генератора были распространены до появления цифровой электроники и используются до сих пор. Произошло резкое различие в назначении и конструкции генераторов радиочастотных и звуковых сигналов.
- РФ
Генераторы радиочастотных сигналов производят непрерывные радиочастотные сигналы определенной, регулируемой амплитуды и частоты. Многие модели предлагают различные типы аналоговой модуляции либо в качестве стандартного оборудования, либо в качестве дополнительной возможности базового блока. Это может включать AM , FM , ΦM (фазовая модуляция) и импульсная модуляция . Общей особенностью является аттенюатор, изменяющий выходную мощность сигнала. В зависимости от производителя и модели выходная мощность может составлять от -135 до +30 дБмВт. Желателен широкий диапазон выходной мощности, поскольку для разных приложений требуется разная мощность сигнала. Например, если сигнал должен пройти по очень длинному кабелю к антенне, может потребоваться высокий выходной сигнал, чтобы преодолеть потери в кабеле и по-прежнему иметь достаточную мощность на антенне. Но при тестировании чувствительности приемника требуется низкий уровень сигнала, чтобы увидеть, как приемник ведет себя в условиях низкого отношения сигнал / шум.
Генераторы радиочастотных сигналов доступны в виде настольных приборов, инструментов для монтажа в стойку, встраиваемых модулей и в форматах на уровне карты. Мобильные, полевые и бортовые приложения выигрывают от более легких платформ с батарейным питанием. При автоматизированном и производственном тестировании доступ через веб-браузер, который позволяет управлять несколькими источниками, и более высокая скорость переключения частот сокращают время тестирования и пропускную способность.
Генераторы радиочастотных сигналов необходимы для обслуживания и настройки радиоприемников и используются в профессиональных радиочастотных приложениях.
Генераторы радиочастотных сигналов характеризуются своими частотными диапазонами, мощностью (от -100 дБ до +25 дБ), односторонним фазовым шумом на различных несущих частотах, парами и гармониками, скоростью переключения частоты и амплитуды и возможностями модуляции.
- AF
Генераторы сигналов звуковой частоты генерируют сигналы в диапазоне звуковых частот и выше. Ранним примером был аудиогенератор HP200A , первый продукт, проданный компанией Hewlett-Packard в 1939 году. Применения включают проверку частотной характеристики звукового оборудования и множество применений в электронной лаборатории.
Искажения оборудования можно измерить с использованием аудиогенератора с очень низким уровнем искажений в качестве источника сигнала, с соответствующим оборудованием для измерения выходных искажений по гармонике с помощью анализатора волн или просто полного гармонического искажения . Искажение в 0,0001% может быть достигнуто генератором аудиосигнала с относительно простой схемой.
Векторный генератор сигналов
С появлением цифровых систем связи больше невозможно адекватно тестировать эти системы с помощью традиционных аналоговых генераторов сигналов. Это привело к разработке векторного генератора сигналов, который также известен как генератор цифровых сигналов. Эти генераторы сигналов способны генерировать радиосигналы с цифровой модуляцией, которые могут использовать любой из большого количества форматов цифровой модуляции , таких как QAM , QPSK , FSK , BPSK и OFDM . Кроме того, поскольку современные коммерческие системы цифровой связи почти все основаны на четко определенных отраслевых стандартах, многие генераторы векторных сигналов могут генерировать сигналы на основе этих стандартов. Примеры включают GSM , W-CDMA (UMTS) , CDMA2000 , LTE , Wi-Fi (IEEE 802.11) и WiMAX (IEEE 802.16) . Напротив, системы военной связи, такие как JTRS , которые придают большое значение надежности и информационной безопасности, обычно используют очень проприетарные методы. Чтобы протестировать эти типы систем связи, пользователи часто создают свои собственные пользовательские формы сигналов и загружают их в генератор векторных сигналов для создания желаемого тестового сигнала.
Генератор цифровых шаблонов
Генератор логических сигналов, генератор шаблонов данных или генератор цифровых шаблонов генерирует логические сигналы, то есть логические единицы и нули в форме обычных уровней напряжения. Обычные стандарты напряжения являются: LVTTL , LVCMOS . Он отличается от «генератора импульсов / последовательностей», который относится к генераторам сигналов, способным генерировать логические импульсы с различными аналоговыми характеристиками (такими как время нарастания / спада импульса, длительность высокого уровня и т. Д.).
Генератор цифровых шаблонов используется в качестве источника стимулов для цифровых интегральных схем и встроенных систем - для функциональной проверки и тестирования.
Генераторы сигналов специального назначения
В дополнение к вышеупомянутым устройствам общего назначения существует несколько классов генераторов сигналов, предназначенных для конкретных приложений.
Генераторы высоты звука и генераторы звука
Генератор основного тона - это тип генератора сигналов, оптимизированный для использования в аудио- и акустических приложениях. Генераторы высоты тона обычно включают синусоидальные волны в диапазоне звуковых частот (20 Гц – 20 кГц). Сложные генераторы основного тона будут также включать в себя генераторы развертки (функция, которая изменяет выходную частоту в определенном диапазоне для проведения измерений в частотной области), генераторы многотональных сигналов (которые выводят несколько шагов одновременно и используются для проверки интермодуляционных искажений и других нестандартных сигналов). -линейные эффекты) и тональные посылки (используются для измерения реакции на переходные процессы). Генераторы высоты звука обычно используются вместе с измерителями уровня звука при измерении акустики комнаты или системы воспроизведения звука и / или с осциллографами или специализированными анализаторами звука.
Многие генераторы высоты тона работают в цифровой области, производя вывод в различных цифровых аудиоформатах, таких как AES3 или SPDIF . Такие генераторы могут включать в себя специальные сигналы для стимулирования различных цифровых эффектов и проблем, таких как ограничение , дрожание , битовые ошибки ; они также часто предоставляют способы управления метаданными, связанными с цифровыми аудиоформатами.
Термин « синтезатор» используется для обозначения устройства, которое генерирует аудиосигналы для музыки или использует более сложные методы.
Компьютерные программы
Компьютерные программы могут использоваться для генерации сигналов произвольной формы на универсальном компьютере и вывода сигнала через выходной интерфейс. Такие программы могут быть коммерческими или бесплатными. Простые системы используют стандартную звуковую карту компьютера в качестве устройства вывода, ограничивая точность формы выходного сигнала и ограничивая частоту, чтобы она лежала в диапазоне звуковых частот .
Генератор видеосигнала
Генератор видеосигналов - это устройство, которое выводит заранее определенные формы видео- и / или телевизионных сигналов, а также другие сигналы, используемые для стимулирования неисправностей или помощи в параметрических измерениях телевизионных и видеосистем. Широко используются несколько различных типов генераторов видеосигналов. Независимо от конкретного типа, выходной сигнал видеогенератора обычно будет содержать сигналы синхронизации, подходящие для телевидения, включая импульсы горизонтальной и вертикальной синхронизации (в аналоговом виде) или слова синхронизации (в цифровом формате). Генераторы композитных видеосигналов (таких как NTSC и PAL ) также будут включать сигнал цветовой синхронизации как часть вывода. Генераторы видеосигнала доступны для самых разных приложений и для самых разных цифровых форматов; многие из них также включают возможность генерации звука (поскольку звуковая дорожка является важной частью любой видео-, телевизионной программы или фильма).
Смотрите также
- Генератор сигналов AN / URM-25D , оборудование 1950-х годов используется до сих пор.
- Генератор цифровых последовательностей для генерации сигналов цифрового (логического) типа.
Рекомендации
- ^ "Что такое генератор сигналов?" . Tektronix .
-
^ Берк, Чарльз (март 1930). "Стандартно-сигнальный метод измерения характеристик приемника" (PDF) . Общее радио . Архивировано 18 декабря 2018 года (PDF).
Experimenter - Issue Vol. IV, № 10
- ^ Тиссен, Артур (1965). "История Общей радиокомпании 1915-1965 гг." (PDF) . Общее радио . Архивировано 18 декабря 2018 года (PDF) .
- ^ Конденсаторные Звуки 1 - Low Distortion (суб 1ppm) 1 кГц Тест Oscillator, C Бейтман, Мир электроники июля 2002, расширен марта 2003 . Описание, размеры, схема и расположение печатной платы