Table of Contents
ژنراتورهای سیگنال ابزار بنیادی در مهندسی برق هستند، ارائه سیگنال های الکتریکی دقیق کنترل شده برای تست، اعتبار طراحی و تجزیه و تحلیل سیستم استفاده می شود.از اولین نوسانگرهای صوتی تا ژنراتورهای مدرن شکل موجی، این دستگاه ها برای پاسخگویی به خواسته های مدارهای به طور فزاینده پیچیده و سیستم های ارتباطی تکامل یافته اند. درک عمیق از ژنراتورهای سیگنال برای هر مهندس درگیر در توسعه، مشخصات بخشی یا سیستم ادغام ضروری است.
ژنراتور سیگنال چیست؟
یک ژنراتور سیگنال یک دستگاه الکترونیکی است که فرم های موج الکتریکی را با فرکانس خاص، دامنه و شکل تولید می کند.این فرم های موج شبیه سازی سیگنال های دنیای واقعی یا ارائه محرک های تست شناخته شده برای تأیید رفتار یک مدار تحت شرایط مختلف است. تابع اصلی یک ژنراتور سیگنال ارائه یک سیگنال تمیز، تکرار پذیر منبع با پارامترهای کنترل شده، قادر به مهندسان برای اندازه گیری، پهنای باند، و ویژگی های صوتی.
ژنراتورهای سیگنال مدرن اغلب از سنتز مستقیم دیجیتال (DDS) یا حلقه های قفل فاز (PLLs) برای تولید فرکانس های پایدار با وضوح بالا استفاده می کنند. خروجی می تواند موج مداوم (CW) باشد یا با اطلاعات مانند دامنه، فرکانس یا تغییرات فاز تنظیم شود.
انواع ژنراتورهای سیگنال
ژنراتورهای عملکردی
ژنراتورهای عملکردی رایج ترین نوع ژنراتور سیگنال هستند که در محیط های تست عمومی استفاده می شوند.آنها فرم های موج استاندارد از جمله گناه، مربع، مثلث، دیده شده و پالس را تولید می کنند. فرکانس معمولا از زیر هرتز تا ده ها مگا هرتز است.آنها ایده آل برای تست صوتی، مشخصات فیلتر کم فرکانس و شبیه سازی منبع ساعت پایه هستند.
ژنراتورهای سیگنال RF
فرکانس رادیویی (RF) ژنراتورهای سیگنال در محدوده GHz کار می کنند، که اغلب به طیف موج میلیمتری گسترش می یابند، آنها برای تست ارتباطات بی سیم، توسعه رادار و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) ضروری هستند. ژنراتورهای RF سیگنال های کم فاز را با فرکانس دقیق و کنترل کننده سیگنال بردار، یک زیرمجموعه، می توانند فرم های موجی را تولید کنند که در استانداردهای LTE، Wi-Fi و WiFi استفاده می شود.
ژنراتورهای موجی (ENS)
ژنراتورهای موجی Arbitrary (AWGs) به کاربران اجازه می دهد تا فرم های موج سفارشی را به نقطه تعریف کنند.این انعطاف پذیری آنها را برای سیگنال های دنیای واقعی مانند خروجی سنسور، glitches یا الگوهای داده ای که به طور گسترده در تست دیجیتال سرعت بالا استفاده می شود، الکترونیک پزشکی و اعتبار خودرو آنها می تواند از ده ها GS / قطعنامه با وضوح عمودی تا 16 بیت پیچیده عبور کند.
ژنراتورهای تخصصی
انواع دیگر شامل ژنراتورهای پالس (برای زمان بندی دیجیتال)، ژنراتورهای سر و صدا (برای تست نسبت سیگنال به نویز) و ژنراتورهای صوتی یا فرکانس پایین (FLT:0)Rohde &؛ ژنراتورهای سیگنال Schwarz طیف گسترده ای از چنین برنامه های تخصصی را پوشش می دهند.
پارامترهای کلیدی ژنراتورهای سیگنال
محدوده فرکانس و قطعنامه
محدوده فرکانس پایین ترین و بالاترین فرکانس خروجی را تعریف می کند. وضوح به کوچکترین مرحله ای اشاره دارد که فرکانس می تواند تنظیم شود.برای ژنراتورهای مبتنی بر DDS، رزولوشن می تواند به اندازه میکروسرتز باشد. ژنراتورهای RF اغلب محدوده فرکانس را با زیر باندها مشخص می کنند و دقت به یک پایگاه زمان داخلی یا خارجی ارجاع می دهند.
افزایش و دقت سطح
ایزوتراسیون معمولاً در ولتاژهای اوج به-peak (Vpp)، RMS (Vrms)، یا dBm (برای دقت سطح RF) مشخص می شود که سیگنال خروجی واقعی برای محدوده برنامه ریزی شده چقدر نزدیک است. ۱.۱ ملاحظات مهم شامل مسطح بودن بیش از فرکانس و توانایی درایو ۵۰-oh یا بارهای با چگالی بالا (F: {Fverse}
کیفیت موج و عدم تحرک
تحریف کلی هارمونیک (THD) و محدوده دینامیکی بدون محرک (SFDR) خلوص موج تولید شده گناه را اندازه گیری می کند. نویز فاز ثبات فرکانس کوتاه مدت را اندازه گیری می کند، برای رادار و ارتباطات ژنراتور موج میدان با افزایش زمان، زمان سقوط، Overshoot و jitter. Arbitrary اولویت بندی وضوح عمودی (bit) و سرعت نمونه.
قابلیت های اصلاح
تنظیم داخلی (AM، FM، PM) و ورودی های مد نظر خارجی اجازه می دهد تا ژنراتور سیگنال برای ایجاد خروجی های تعدیل شده برای تست حساسیت گیرنده، پاسخ فیلتر و عملکرد تعدیل کننده، از مدل های دیجیتال پیچیده مانند QPSK، QAM و OFDM پشتیبانی کند.
خروجی Impedance و Protection
اکثر ژنراتورهای سیگنال دارای یک کمبود خروجی 50-ohm هستند. بارهای ناسازگار می توانند باعث انعکاس، تغییر سیگنال و آسیب بالقوه شوند. برخی از ژنراتورها محافظت از قدرت معکوس و ویژگی های غیرفعال کننده خروجی اتوماتیک را ارائه می دهند.
برنامه های کاربردی در مهندسی برق
طراحی مدار و اعتبار
ژنراتورهای سیگنال برای تزریق سیگنال های تست به تقویت کننده ها، فیلترها، میکسرها و نوسانات برای اندازه گیری به دست آوردن، پهنای باند و پاسخ فاز استفاده می شوند.در حالی که مشاهده خروجی با یک oscilloscopeoscope یا تجزیه و تحلیل طیف نشان دهنده عملکرد انتقال مدار است.
سیستم های تست ارتباطات
در طراحی بی سیم، ژنراتورهای سیگنال RF سیگنال های ایستگاه پایه، منابع مداخله یا جریان داده های تعدیل شده را شبیه سازی می کنند.آنها به ارزیابی حساسیت گیرنده، مسدود کردن و رد کانال مجاور کمک می کنند.
کالیبراسیون و مترولوژی
آزمایشگاه های ملی و خانه های کالیبراسیون از ژنراتورهای سیگنال دقیق برای کالیبره کردن، تجزیه و تحلیل طیف و سنسورهای قدرت استفاده می کنند.این ژنراتورها باید دارای دامنه قابل ردیابی و استانداردهای فرکانس باشند.
آموزش و پژوهش
در آزمایشگاه های دانشگاه، ژنراتورهای تابع دانش آموزان را به مفاهیم بنیادی مانند فرکانس، دامنه و سنتز موج معرفی می کنند.برنامه های تحقیقاتی شامل تولید پالس های سفارشی برای سیگنال های کنترل محاسباتی کوانتومی و فرمول کردن قطارهای موج عصبی در بیوالکترونیک است.
انتخاب یک ژنراتور سیگنال
الزامات تست خود را تعریف کنید
با تعیین محدوده فرکانس، انواع موج و اندازه گیری مورد نیاز برای پروژه خاص خود شروع کنید.یک ژنراتور تابع کم هزینه ممکن است برای تست فیلتر صوتی کافی باشد، در حالی که یک ژنراتور RF با عملکرد بالا با صدای فاز پایین برای رادار یا ارتباطات ماهواره ای ضروری است.
نرم افزار و اتصال را در نظر بگیرید
ژنراتورهای سیگنال مدرن شامل رابط های USB، LAN و GPIB برای کنترل از راه دور و اتوماسیون هستند. سازگاری نرم افزار با محیط هایی مانند MATLAB، پایتون یا Labview سرعت توسعه اسکریپت تست را تسریع می کند.
بودجه و مقیاس پذیری
در حالی که ژنراتورهای سطح ورودی چند صد دلار هزینه دارند، ژنراتورهای سیگنال بردار بالا می توانند از ده ها هزار دلار فراتر بروند: نیاز به پهنای باند گسترده تر، فرمت های مدیکر بیشتر یا سر و صدای فاز بهتر دارید؟ سرمایه گذاری در یک پلت فرم ماژولار ممکن است مدت طولانی مقرون به صرفه باشد.
نتیجه گیری
درک کامل از اصول ژنراتور سیگنال مهندسان را قادر می سازد تا طراحی، آزمایش و عیب یابی را با اعتماد به نفس انجام دهند، چه شما نیاز به یک ژنراتور تابع ساده برای نمونه سازی یا یک CERT پیچیده برای سنتز پیچیده موج، ارزیابی پارامترهای کلیدی در برابر الزامات کاربردی ابزار مناسب برای کار را تضمین می کند.