Генератор сигналов
Генератор сигналов — это один из классов электронных устройств, который генерирует электрические сигналы с заданными свойствами амплитуды, частоты и формы волны. Эти генерируемые сигналы используются в качестве стимула для электронных измерений, обычно используемых при проектировании, тестировании, устранении неисправностей и ремонте электронных или электроакустических устройств, хотя они часто имеют и художественное применение. [1]
Существует множество различных типов генераторов сигналов с разными целями и приложениями и с разным уровнем затрат. К этим типам относятся функциональные генераторы , генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов, генераторы основного тона, генераторы сигналов произвольной формы , генераторы цифровых последовательностей и генераторы частот. В общем, ни одно устройство не подходит для всех возможных применений.
Генератор сигналов может представлять собой простой генератор с калиброванной частотой и амплитудой. Генераторы сигналов более общего назначения позволяют контролировать все характеристики сигнала. Современные генераторы сигналов общего назначения будут иметь микропроцессорное управление, а также могут допускать управление с персонального компьютера. Генераторы сигналов могут представлять собой отдельно стоящие автономные приборы или могут быть включены в более сложные автоматические испытательные системы.
История
[ редактировать ]В июне 1928 года General Radio 403 стал первым когда-либо проданным коммерческим генератором сигналов. Он поддерживал диапазон частот от 500 Гц до 1,5 МГц. [2] Кроме того, в апреле 1929 года General Radio выпустила на рынок первый коммерческий стандарт частоты с частотой 50 кГц. [3]
Генераторы сигналов общего назначения
[ редактировать ]Генератор функций
[ редактировать ]
Функциональный генератор — это устройство, которое генерирует простые повторяющиеся сигналы . Такие устройства содержат электронный генератор — схему , способную создавать повторяющиеся сигналы . (Современные устройства могут использовать цифровую обработку сигналов для синтеза сигналов, а затем использовать цифро-аналоговый преобразователь или ЦАП для получения аналогового выходного сигнала.) Наиболее распространенной формой сигнала является синусоидальная волна , но пилообразная , ступенчатая ( импульсная ), прямоугольная. сигналов генераторы Обычно доступны генераторы треугольных сигналов, а также произвольной формы (AWG). Если генератор работает за пределами диапазона человеческого слуха (> 20 кГц ), генератор часто включает в себя какую-либо функцию модуляции , такую как амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM) или фазовая модуляция (PM), а также секундная модуляция. генератор, обеспечивающий звуковой частоты модуляцию .
Генератор сигналов произвольной формы
[ редактировать ]Генератор сигналов произвольной формы (AWG или ARB) — это сложный генератор сигналов, который генерирует сигналы произвольной формы в опубликованных пределах диапазона частот , точности и выходного уровня. В отличие от функционального генератора, который генерирует небольшой набор определенных сигналов, AWG позволяет пользователю определять форму источника различными способами. AWG обычно дороже функционального генератора и часто имеет меньшую полосу пропускания. AWG используется в высокопроизводительных приложениях для проектирования и тестирования.
Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов
[ редактировать ]Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов используются для тестирования компонентов, приемников и тестовых систем в самых разных приложениях, включая сотовую связь, Wi-Fi , WiMAX , GPS , аудио- и видеовещание, спутниковую связь, радары и средства радиоэлектронной борьбы . Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов обычно имеют схожие характеристики и возможности, но различаются по диапазону частот. Генераторы радиочастотных сигналов обычно имеют частоту от нескольких кГц до 6 ГГц, тогда как генераторы микроволновых сигналов охватывают гораздо более широкий диапазон частот: от менее 1 МГц до как минимум 20 ГГц. Некоторые модели имеют частоту до 70 ГГц при прямом коаксиальном выходе и до сотен ГГц при использовании внешних модулей волноводного умножителя. Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов можно далее классифицировать как генераторы аналоговых или векторных сигналов.
Генераторы аналоговых сигналов
[ редактировать ]
Генераторы аналоговых сигналов на основе синусоидального генератора были распространены до появления цифровой электроники и используются до сих пор. Существовало 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 (фазовую модуляцию) и импульсную модуляцию . Общей особенностью является аттенюатор для изменения выходной мощности сигнала. В зависимости от производителя и модели выходная мощность может находиться в диапазоне от −135 до +30 дБм. Желателен широкий диапазон выходной мощности, поскольку разные приложения требуют разной мощности сигнала. Например, если сигнал должен пройти по очень длинному кабелю до антенны, может потребоваться высокий выходной сигнал, чтобы преодолеть потери в кабеле и при этом иметь достаточную мощность на антенне. Но при тестировании чувствительности приемника необходим низкий уровень сигнала, чтобы увидеть, как приемник ведет себя в условиях низкого соотношения сигнал/шум.
Генераторы радиочастотных сигналов доступны в виде настольных приборов, приборов для монтажа в стойку, встраиваемых модулей и в форматах уровня карты. Мобильные приложения, приложения для полевых испытаний 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, а также более высокая скорость переключения частоты сокращают время тестирования и повышают производительность.
Генераторы радиочастотных сигналов необходимы для обслуживания и настройки радиоприемников и используются для профессиональных радиочастотных применений.
Генераторы радиочастотных сигналов характеризуются своими частотными диапазонами, мощностью (от -100 до +25 дБн), однополосным фазовым шумом на различных несущих частотах, помехами и гармониками, скоростью переключения частоты и амплитуды и возможностями модуляции.
- ИЗ
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. Приложения включают проверку частотной характеристики аудиооборудования и множество применений в электронной лаборатории.
оборудования Искажения можно измерить с помощью генератора звука с очень низкими искажениями в качестве источника сигнала и соответствующего оборудования для измерения выходных искажений по гармоникам с помощью волнового анализатора или просто общего гармонического искажения . Искажения в 0,0001% можно достичь с помощью генератора аудиосигнала относительно простой схемы. [4]
Векторный генератор сигналов
[ редактировать ]
С появлением цифровых систем связи уже невозможно адекватно тестировать эти системы с помощью традиционных генераторов аналоговых 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 почти все современные коммерческие цифровые системы связи 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, военные системы связи, такие как JTRS , которые придают большое значение надежности и информационной безопасности, обычно используют очень запатентованные методы. Для тестирования этих типов систем связи пользователи часто создают свои собственные сигналы и загружают их в генератор векторных сигналов для создания желаемого тестового сигнала.
Генератор цифровых шаблонов
[ редактировать ]Генератор логических сигналов, или генератор шаблонов данных, или генератор цифровых шаблонов генерирует логические сигналы, то есть логические 1 и 0, в форме обычных уровней напряжения. Обычными стандартами напряжения являются LVTTL и LVCMOS . Он отличается от «генератора импульсов/шаблон», который относится к генераторам сигналов, способным генерировать логические импульсы с различными аналоговыми характеристиками (такими как время нарастания/спада импульса, длина высокого уровня и т. д.).
Генератор цифровых последовательностей используется в качестве источника стимулов для цифровых интегральных схем и встроенных систем - для функциональной проверки и тестирования.
Генераторы сигналов специального назначения
[ редактировать ]
Помимо вышеперечисленных устройств общего назначения, существует несколько классов генераторов сигналов, предназначенных для конкретных применений.
Генераторы высоты тона и генераторы звука
[ редактировать ]Генератор высоты тона — это тип генератора сигналов, оптимизированный для использования в аудио и акустических приложениях. Генераторы высоты тона обычно включают синусоидальные волны в диапазоне человеческого слуха (от 20 Гц до 20 кГц). Сложные генераторы основного тона также будут включать в себя генераторы развертки (функция, которая изменяет выходную частоту в определенном диапазоне для выполнения измерений в частотной области), генераторы многопитчового сигнала (которые выдают несколько тональных сигналов одновременно и используются для проверки интермодуляционных искажений и других нежелательных сигналов). -линейные эффекты) и всплески тонов (используются для измерения реакции на переходные процессы). Генераторы высоты тона обычно используются вместе с измерителями уровня звука при измерении акустики помещения или системы воспроизведения звука и/или с осциллографами или специализированными аудиоанализаторами.
Многие генераторы основного тона работают в цифровой сфере, создавая выходные данные 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 клиппирование , джиттер , битовые ошибки ; они также часто предоставляют способы манипулирования метаданными , связанными с цифровыми аудиоформатами.
Термин «синтезатор» используется для обозначения устройства, которое генерирует аудиосигналы для музыки или использует несколько более сложные методы.
Компьютерные программы
[ редактировать ]Компьютерные программы можно использовать для генерации сигналов произвольной формы на компьютере общего назначения и вывода сигналов через выходной интерфейс. Такие программы могут предоставляться на коммерческой основе или быть бесплатными. В простых системах в качестве устройства вывода используется стандартная компьютерная звуковая карта , что ограничивает точность выходного сигнала и ограничивает частоту в пределах звукового диапазона частот.
Генератор видеосигнала
[ редактировать ]Генератор видеосигнала — это устройство, которое выводит заданные видео- и/или телевизионные сигналы и другие сигналы, используемые для устранения неисправностей или помощи в параметрических измерениях телевизионных и видеосистем. Широко используются несколько различных типов генераторов видеосигналов. Независимо от конкретного типа, выходной сигнал видеогенератора обычно содержит сигналы синхронизации, подходящие для телевидения, включая импульсы горизонтальной и вертикальной синхронизации (в аналоговом формате) или слова синхронизации (в цифровом формате). Генераторы композитных видеосигналов (таких как NTSC и PAL ) также будут включать в себя сигнал цветной синхронизации как часть выходного сигнала. Генераторы видеосигналов 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- или телевизионной программы или кинофильма).
См. также
[ редактировать ]- Генератор сигналов AN/URM-25D , оборудование 1950-х годов, используется до сих пор.
- Генератор цифровых последовательностей , для генерации сигналов цифрового (логического) типа.
- Индуктивный усилитель , используемый для поиска отдельных пар телефонного кабеля.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Что такое генератор сигналов?» . Тектроникс .
- ^ Берк, Чарльз (март 1930 г.). «Метод измерения характеристик приемника стандартного сигнала» (PDF) . Общее радио . Архивировано (PDF) из оригинала 18 декабря 2018 г.
Экспериментатор - выпуск Том. IV, № 10
- ^ Тиссен, Артур (1965). «История General Radio Company 1915–1965» (PDF) . Общее радио . Архивировано (PDF) из оригинала 18 декабря 2018 г.
- ^ Звуки конденсатора 1 — испытательный генератор с низким уровнем искажений (менее 1 частей на миллион), частота 1 кГц, C. Bateman, Electronics World, июль 2002 г., расширено в марте 2003 г. Описание, размеры, схема и разводка печатной платы.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
