信号発生器は、電気工学の基礎機器であり、テスト、設計検証、システム解析に使用される正確に制御された電気信号を提供します。 初期のオーディオ発振器から現代的な任意の波形発生器まで、これらの装置は、ますます複雑な回路と通信システムの要求を満たすために進化しました。 信号発生の基礎の深い理解は、回路開発、コンポーネントの特性化、またはシステム統合に関与するあらゆるエンジニアにとって不可欠です。

シグナルジェネレータとは?

信号発生器は、特定の周波数、振幅、形状で電気波形を生成する電子デバイスです。これらの波形は、実際の信号をシミュレートするか、さまざまな条件下で回路の動作を確認するために知られているテスト刺激を提供します。信号発生器のコア機能は、制御されたパラメータでクリーンで反復可能な信号源を提供することであり、エンジニアが電子システムのゲイン、帯域幅、歪み、騒音特性を測定することができます。

現代の信号発生器は、直接デジタル合成(DDS)またはフェーズロックループ(PLL)を使用して、高分解能で安定した周波数を生成します。出力は、連続波(CW)または振幅、周波数、または相変化などの情報で調整することができます。内部アーキテクチャを理解することは、特定の測定タスクに適した発電機を選ぶのに役立ちます。

信号発生器の種類

機能発電機

機能発電機は、汎用テスト環境で使用される最も一般的なタイプの信号発生器です。 それらは、正弦、正方形、三角形、鋸歯、およびパルスを含む標準的な波形を生成します。 周波数範囲は、通常、サブヘルツからメガヘルツの10までの範囲です。 彼らは、オーディオテスト、低周波フィルタ特性評価、および基本的なクロックソースシミュレーションに最適です。 多くの近代的な機能ジェネレータには、組み込みスイープおよび変調機能が含まれています。

RF信号の発電機

無線周波数(RF)信号発生器は、MHzからGHzの範囲で動作し、ミリメートル波スペクトルに拡張します。 それらは、無線通信試験、レーダー開発、および電磁互換性(EMC)試験に不可欠です。 RFジェネレータは、低相ノイズ信号を精密な周波数とレベル制御を提供します。 ベクトル信号発生器、サブセットは、LTE、5G NR、およびWi-Fiなどの標準で使用される変調波形を生成することができます。

任意波形の発電機(AWG)

任意波形の発電機(AWGs)はユーザーがポイントによって注文の波形ポイントを定義することを可能にします。この柔軟性はセンサーの出力、グリッチ、またはデータ パターンのような現実的な信号を乳化するためにそれら強力なします。AWGsは高速デジタル テスト、医学の電子工学および自動車検証で広く利用されています。彼らの見本抽出率は縦の決断のGS/sの10sを最大16ビットに超過し、複雑な一時的な信号のレクリエーションを可能にできます。

特殊発電機

その他のバリアントには、パルス発生器(デジタルタイミング)、ノイズジェネレータ(テスト信号対ノイズ比)、低周波またはオーディオ発電機が含まれます。 []]ロード&アンプ;シュワルツ信号発生器]は、このような特殊なアプリケーションの広い範囲をカバーします。

信号発生器の主変数

周波数範囲および決断

周波数範囲は、最も低い出力周波数を定義します。 解像度は、周波数を調整できる最小ステップを指します。 DDSベースのジェネレータでは、解像度はマイクロヘルツとして罰金を科すことができます。 RFジェネレータは、内部または外部時間ベースに参照されるサブバンドと精度で周波数範囲を指定することができます。

広さとレベル精度

振幅は、通常、ボルトピークピークピークピーク(Vpp)、ボルトRMS(Vrms)、またはdBm(RF)で指定されます。 レベル精度は、実際の出力信号がプログラムされた振幅にどれだけ近いかを説明します。 重要な考慮事項には、周波数上の平坦度と50オームまたは高インピーダンス負荷を駆動する能力が含まれます。 ]]キーサイトシグナルジェネレータ概要は、これらの仕様に詳細を提供します。

波形の品質と歪み

トータルハーモニック歪み(THD)とスパルスフリーダイナミックレンジ(SFDR)は、生成された正弦波の純度を測定します。 フェーズノイズは、短期の周波数安定性、レーダーおよび通信にとって重要な数値化します。 スクエア波発生器は、上昇時間、落下時間、オーバーシュート、およびジッタによって評価されます。 任意の発電機は、垂直解像度(ビット)およびサンプルレートを優先します。

変調能力

内部調節(AM、FM、PM)および外部調節の入力は信号の発電機が受信機の感受性、フィルター応答および復調器の性能をテストするための調整された出力を作成することを可能にします。高度の発電機はQPSK、QAM、およびOFDMのような複雑なデジタル調節を支えます。

出力インピーダンスおよび保護

ほとんどの信号発生器は50Ω出力インピーダンスを持っています。 比類した負荷は反射、信号変形および潜在的な損傷を引き起こすことができます。 一部の発電機は、逆の電力保護と自動出力無効機能を提供します。

電力工学の適用

回路設計と検証

信号発生器は、テスト信号をアンプ、フィルタ、ミキサー、およびオシレータに注入し、ゲイン、帯域幅、および相応答を測定するために使用されます。 振動センサーまたはスペクトルアナライザで出力を観察しながら、周波数を掃引すると、回路の転送機能が明らかにされます。

コミュニケーションシステムのテスト

ワイヤレス設計では、RF信号ジェネレーターは、基地局信号、干渉源、または変調されたデータストリームをシミュレートします。 それらは、受信機の感度、ブロック、および隣接チャネル拒絶を評価するのに役立ちます。 任意の発電機は、フェーディングプロファイルとマルチパス効果を再作成します。

校正とメトロロジー

国家の実験室および口径測定は精密信号の発電機を温度計、スペクトルの検光子および力センサーを口径測定するのに使用します。これらの発電機は追跡可能な広さおよび頻度標準を持っていなければなりません。

教育・研究

大学の研究室では、機能ジェネレータは、周波数、振幅、波形合成などの基本的な概念に学生を紹介しています。 研究アプリケーションには、量子計算制御信号のためのカスタムパルスを生成し、バイオエレクトロニクスの神経のスパイク列車を乳化します。

Tektronix信号発生器ソリューションは、様々な学術および産業用途のケースに適した各種機器を提供しています。

信号発生器の選択

テスト要件を定義する

特定のプロジェクトに必要な周波数範囲、波形タイプ、および変調を決定することで開始します。低コストの関数ジェネレータは、オーディオフィルタテストに十分であるかもしれませんが、レーダーや衛星通信には低位相ノイズの高性能RFジェネレータが必要です。

ソフトウェアとコネクティビティを考える

リモートコントロールと自動化のためのUSB、LAN、GPIBインタフェースを含むモダンな信号ジェネレータ。 MATLAB、Python、LabVIEWなどの環境とソフトウェアの互換性は、テストスクリプト開発を加速します。 組み込みのWebサーバーとSCPIコマンドは、自動テストシステムに簡単に統合できます。

予算とスケーラビリティ

エントリーレベルのジェネレータは数百ドルのコストがかかりますが、ハイエンドのベクトル信号ジェネレータは10万を超えることができます。 将来のニーズを検討してください:より広い帯域幅、より調整フォーマット、またはより良いフェーズノイズが必要ですか? モジュラープラットフォームに投資すると、費用対効果の高い長期的になる可能性があります。

コンテンツ

信号発生の基礎の徹底的な理解により、エンジニアが自信を持って設計、テスト、トラブルシューティングに役立ちます。 複雑な波形合成のための単純な機能ジェネレーターを必要とするか、複雑な波形合成のための高度なAWGが必要な場合でも、アプリケーション要件に対する重要なパラメータを評価し、作業に適したツールを保証します。 技術の進歩として、信号発生器はより精密で効率的な電子システム開発を可能にする、より小さなフォームファクターで高いパフォーマンスを統合し続けています。