Pulse ve Square Wave Signals'e giriş
Pulse ve meydan dalga sinyalleri modern elektronik ve sinyal işlemenin arka kemiği oluşturur. Bu dalgaformları dijital mantık, iletişim sistemleri, güç elektronikleri ve enstrümantasyon. A nabız dalgası iki gerilim seviyesi arasında değişir - yüksek bir devlet ve düşük bir durum - belirli bir süre ile bu sinyallerin nasıl üretileceğini anlamak, yüksek ve düşük devletlerin eşit derecede düşük seviyeli bir darbe dalgasının da aynı zamanda, frekans test sistemlerinin veya devrelerin uygulanması gibi parametrelerle karakterize edilir.
Bu makale, gerçek dünya uygulamaları ile birlikte, temel ilkeleri, pratik uygulamaları ve temel ticaret-offları inceleyeceğiz.Sonunda, belirli ihtiyaçlarınız için doğru tekniği nasıl seçeceğiniz ve uygulayacağınız konusunda sağlam bir kavrayışa sahip olacaksınız.
Pulse ve Square Waves
Waveform Özellikleri
Nesil tekniklere girmeden önce, nabız ve meydan dalgalarını tanımlayan anahtar parametreleri anlamak önemlidir:
- [FONT:0]Frequency (f))[Dönetici başına tam döngü sayısı, onuntz (Hz) Bir meydan dalgası için, frekans zamanın karşılıklılığıdır.
- [V)[0]Amplitude (V))[Dönetici ve yüksek devletler arasındaki gerilim farkı. genellikle zirve-to-peak gerilimi (Vpp).
- [D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)))[D)[D)[D))))))))))))[D))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))Düzüküme doğru bir sürenin sinyal, yüksek durumda, yüksek durumda sinyalin yüksek durumda, ideal bir karek karek karekü, yüksek bir dalgalar için, uygun bir karek dalgalar için, yüksek bir dalgalar için, şarj dalgası, şarj döngüsü, şarj döngüsü, şarj
- [0]Zaman (t r) ve Fall Time (t f)): Hatanın% 10 ila% 90 arası geçiş için gerekli olan süre (düşün) ve% 90'dan% 90'a kadar (kesinlikle) gerçek devrelerde, bunlar parasitik kapasite ve sınırlı sürücü gücü nedeniyle asla sıfır değildir.
- [FONT:0]Jitter[[DÜT:1): kenarlarda kısa vadeli değişiklikler, hassas uygulamalarda performansları bozabilir.
İdeal bir kare dalgası anlık geçişlere sahiptir (zero yükselme/kırık zaman) ve mükemmel düz yüksek ve düşük seviyelerde. Gerçek dünya jeneratörleri her zaman kusurları tanıtmaktadır ve teknik seçimi uygulamanızın ne kadar kusurlu olabileceğini bağlıdır.
Neden Genrate Pulse ve Square Waves?
Bu dalgaformları ubiquitous çünkü oluşturmak, iletmek, yorumlamak ve yorum yapmak kolaydır. Dijital devreler radar, RFID operasyonları için saat sinyalleri olarak kare dalgalarını kullanır. Pulse-keyize edilmiş (PWM) dalgalar motorlarını kontrol eder ve LED aydınlatmalarını düzenler. Test ekipmanları, yükselticilerin ve filtrelerin geçici tepkilerini karakterize etmek için trenler oluşturur.
Analog Teknikler, Pulse ve Square Waves için
Astable Multivibrators
Sürekli bir meydan dalgası oluşturmak için aspik çokluvücu klasik analog devredir. İki anahtarlama elementinden oluşur (transistörler, op-amps veya mantık kapıları) ve bir geri bildirim ağ dirençleri ve kapasitörler. Devre oscillates çünkü kapasitörler alternatif olarak şarj ve deşarj, yüksek devletler arasındaki çıktıyı değiştirir.
Ortak bir uygulama, bir çapraz çift konfigürasyonda iki NPN transistör kullanır.Bir transistör ortaya çıktığında, diğerini güçlendirir ve projeksiyon seviyelerini birkaç megahertz'a geri döndürür. ancak, enerji kaynağı varyasyonları ve sıcaklık için hassastır ve çıktı için varyasyonlar (eski/gün) hız transistör hıza bağlıdır.
555 Timer IC
555 zamanlayıcı, dışlayıcıları ve kapasitörler seçerek, alt 1 Hz'den yüzlerce kHz'ye kadar uzanan kare dalgalarını oluşturmak için oldukça popüler bir entegre devredir. 555, iki koğuşturucu kullanır ve kesin bir zamanlama oluşturmak için bir deşarj transistörüdür. Dış dirençleri seçerek, altüst 1 Hz'den yüzlerce kHz'den frekans ayarlayabilirsiniz.
Bir 555 için, yüksek zaman, şarj aşamasında bir diyot ekleyeceğiniz sürece, ortalama değeri ve düşük hacimli üretim için bir başlangıç döngüsüne göre değişebilir.Daha fazla ayrıntı için, R2'yi şarj aşamasından atlamak için bir diyot ekleyemeyeceğiniz sürece, 555 kez prototip ve düşük hacimli üretim için bir parça kalır.
Schmitt Tescillators
Bir Schmitt tetikleyicisi histerilerle bir komparatordur - yükselen ve düşen kenarlar için farklı eş gerilimler vardır.Bir RC ağı aracılığıyla girişe bağlanmak için, bir meydan dalgası üreten bir osilatör oluşturabilirsiniz. Schmitt tetikleyicisi, jitter ve gürültü bağışıklığı artırır.
Bu teknik genellikle tek bir CMOS mantık kapısı ile uygulanır (örneğin, 74HC14) veya bir Schmitt tetikleyicisi olarak yapılandırılır.The oscillation frekansı is OLFLT:4), V T+ ve V T-'nin üst ve daha düşük eşikleri olduğu yerde.
LC ve Kristal Oscillators
Çok yüksek frekans stabilitesi ve düşük faz gürültüsü gerektiren uygulamalar için, LC oscillators ve kristal oscillators tercih edilir, ancak bir resonant tank devresi (inductor-kapor) veya bir pastazoelektrik kristali kullanın.
Kristal osilatörler, mikroişlemciler, iletişim ekipmanları ve hassas araçlama için altın standarttır (ppm) Bir squaring devre (örneğin, bir Schmitt tetikleyicisi veya mantık tampon).Bu oscillatörler geniş bir aralıkta 10 ila 100 parçaya kadardır (ppm).
Dijital ve Mikrokontroller-Temel Teknikler
Doğrudan Dijital Synthesis (DDS)
Doğrudan Dijital Synthesis, sabit bir saat hızında artış gösteren güçlü bir tekniktir ve arsatörün en önemli kısmı (MSB) son derece iyi frekans çözünürlüğü ile bir kare dalga dalga oluşturur.
DDS çipleri (örneğin, AD9833) veya FPGA uygulamaları DC'den yüzlerce kompresyona kadar kare dalgalar üretebilir.Prature jitter düşük, ancak sinyal doğal olarak örneklenir ve çok yönlü frekanslar olabilir. DDS, jeneratörler, yazılım tanımlı radyo ve keyfi dalgalama neslinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Mikrokontroller PWM ve Pin Togglingling
Çoğu mikrokontrol cihazı, frenleme dalgalarının hassas görev döngüsü ve frekansı ile üretebileceği donanım PWM periferis içerir. Zamanlayıcı / karşı modülü sistem saati bölüyor ve karşılaştırma maçlarında bir çıkış pin tutuyor. Bu yöntem oldukça programlanabilir - uçta frekans ve görev döngüsü değiştirebilirsiniz.
Alternatif olarak, yüksek frekanslı kare dalgalar için genellikle bir donanım periferisi gerekli olsa da, bu yöntem CPU hız ve öğretim yürütmesinin üst kısmından sınırlıdır - yüksek frekanslı kare dalgalar (birkaç yüz kHz) için genellikle sonuçlar verir.
FPGA ve CPLD Temel Nesil
Alan-Programlanabilir kapı Dizileri (FPGA) pul ve meydan dalga sinyalleri üreten nihai esnekliği sunar. Yüksek hızlı karşıtları, faz sorumlularını ve FPGA'nın iç saat hızını çalıştıran dijital koaratorları uygulayabilirsiniz (genellikle yüzlerce FPGA, tek bir FPGA, hassas bir fazla çok sayıda bağımsız kare dalgalar üretebilir.
FPGA'lar dijital saatler, güç dönüştürücüler ve radar pul pulsu nesli için uygulamalarda kullanılır. Tasarım VHDL veya Datalog'da tanımlanır, alt-nanosan çözümü ile özel dalgalama jeneratörleri oluşturmanıza izin verir. Ancak öğrenme eğrisi ve maliyeti diğer yöntemlerden daha yüksektir.
Fonksiyonlar ve Özel Aletleri
Test ve laboratuvar çalışması için, stand-alone işlevi jeneratörleri ve rastgele dalgaform jeneratörleri (kahkahalar) standart araçlardır. Bu araçlar yüksek kaliteli çıktı üretmek için analog ve dijital teknikleri birleştirir. Tipik bir fonksiyon jeneratörü DDS'yi temel dalgaformunu oluşturmak için kullanır, amplifikasyon, dengeleme ve çıkış aşaması ile takip eder. Birçok birim kare dalga dalga dalgalar 50 MHz'ye kadar veya daha fazla ayarlanabilir, dengeleme, dengeleme ve görev döngüsü ile daha fazla üretebilir.
Gelişmiş üfürler, glitches, patlama trenleri ve modulation dahil olmak üzere, dijital devrelerin davranışının stres altında karakterleştirilmesi için gereklidir.Bir işlev jeneratörü seçerken, elektriksel olarak 50 ohms gibi parametrelere bakın, maksimum gerilim sallanır ve dalgaform hafıza derinliği.
Uygulamalar ve Pratik Bakışlar
Saat Sinyal Nesil
Square dalgaları dijital sistemlerde evrensel saat sinyalidir. Mikroişlemciler, FPGA'lar ve hafıza cihazları, referans frekansının birden çok kare dalgalarını üretebilecek kadar sabit bir şekilde tasarlanmıştır.Perksler genellikle jitterleri kullanır, bu yüzden dikkatli tasarım, yüksek frekanslı arayüzler için gereklidir.For multi-frezegenler, PLL (parçalı döngüler) tabanlı saat multipliers kullanılır, ki bu da referans frekansının birden çok köşesindeki kare dalgalar oluşturabilir.
Güç Kontrollü Güç Kontrolü için Pulse-Width Modulation (PWM)
PWM sinyalleri, görev döngüsündeki yükün teslim edilmesi için verilen ortalama gücü kontrol eder. Bu, DC motorlarının hızını ayarlamak için en yaygın yöntemdir, LED'lerin parlaklığı ve geçiş düzenleyicilerinin çıkışı için yeterli olacaktır.
Donanım PWM ile dijital mikro kontroller bunun için idealdir. Yüksek güç uygulamaları için, kapı sürücüleri, yüksek çözünürlükte bir yaklaşıma sahip olmak için gerekli olan büyük mevcut cihazı işlemek için eklenmiştir.The 555 timer can also be used for lower-power PWM, but it lacks the sensitive of a micro controller-based approach.
SignalTest Test
Square dalgaları, amplifiğin genişliğini ve geçici tepkilerini değerlendirmek için mükemmel test sinyalleridir, kablolar ve mantık kapıları.Bir kare dalga ortaya çıkan yüzüğü, aşırı yükleme ve birkaç yüz resimli jeneratörler olarak sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir dalgalama ve patlamalar sağlar.
İletişim ve Modulation
Pulse ve meydan dalgaları birkaç dijital modulation şeması için temeldir.In amplitude-change keying (ASK), bir taşıyıcı pulbinin varlığı veya yokluğu verileri temsil eder. Frekans değiştirme (FSK), bu pul-pozisyon modulation (PPM) ve pul-toplama modulation (PWM) ile iletişim için, kenarların zamanlaması bilgi taşır. Radar sistemleri yüksek güç RF pul pul pulbileri algılamak için kullanır.
Doğru tekniği seçmek
Pulu veya meydan dalgaları oluşturmak için en iyi yöntem, ihtiyaçlarınıza bağlıdır: frekans, istikrar, çıkış gücü, programlanabilirlik, maliyet ve geliştirme süresi.
- [FONT=0) Düşük maliyet ve basit [DÜDÜT:1] → 555 zamanlayıcı, transistörlerle dolu veya Schmitt oscillator'ı tetikler. 1 MHz ve orta doğruluk için iyi.
- [FONT=0) Yüksek frekans ve hassas[[Dönetici:0) → Kristal osilatör artı squaring devre. Dijital sistemlerde saat nesil için kullanın.
- [[Düzücük ve çok yönlü [Düzücüler PWM veya DDS ile donanım PWM veya DDS ile kontrol edilebilir ve test sinyalleri için ideal.
- [FONT:0) Çok sayıda kanal ve faz tutarlılığı[Dön 1: 1] → FPGA veya CPLD. Gelişmiş güç elektroniklerinde, fazlanmış dizilerde ve özel enstrümantasyonda kullanılır.
- [FONT:0)Laboratory/Gold standard[[DÜT:1) → Fonksiyonlar jeneratörü veya 2+0. Test devreleri için, kalibre ekipmanı ve araştırma için.
Ayrıca, çıkış aşamasını düşünün. Çoğu üretim devreleri bir mantık seviyesi (0-5V) üretir, ancak birkaç mA'dan daha fazla sürücü için sinyal değiştirmeniz veya değiştirmeniz gerekebilir. Yüksek güç darbeleri için, özel MOSFET kapı sürücüleri veya RF güç yükselteçleri gereklidir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Genating nam ve meydan dalga sinyalleri, DDS ve mikrokontrolcü PWM dahil olmak üzere elektronikte temel bir yetenektir ve kristal osilatörler ve FPGA'lar kullanarak yüksek çözünürlükte yaklaşımlar.Her teknik, maliyetle farklı ticaret-dönüşümleri sunar, frekans aralığı, istikrar ve 555 zamanlayıcısı.
Teknoloji geliştikçe, analog ve dijital arasındaki çizgi, tasarımınızın doğru yaklaşımını kabul etmeye devam ediyor. Modern DDS çipler ve karışık imzalı mikrokontrolörler bir robot için bir PWM kontrolörü sağlarken, geleneksel analog devreler basitlik ve düşük güç için değerli kalır. Her yöntemin arkasındaki ilkeleri anlamak için her yönteme uygun olarak, hedef uygulamanız için gerekli özelliklerinizi yerine getirebilirsiniz.