Цифровой генератор сигналов: Виды цифровых генераторов / Хабр

Содержание

Виды цифровых генераторов / Хабр

В данной статье я хочу сделать краткий обзор разных методов генерации частоты, но сначала я расскажу пару слов о себе. Это моя первая статья. Я аспирант Московского Энергетического Института. Обучался по специальности «Метрология стандартизация и сертификация». Эта статья писалась в первую очередь для себя, с целью разобраться какие есть доступные методы генерации сигнала, и так как я не нашел выжимку информации в одном месте, то решил сделать ее сам и опубликовать ее здесь. Все это делается в самообразовательных целях. С радостью приму в личной почте замечания по тексту, по сути и по стилю, и отвечу на все интересующие вас вопросы в комментариях. Статью пробовал писать максимально доступным и простым языком. Итак виды, а скорее даже методы генерации синусоидального (и вообще аналогового) сигнала. Первый из них называется прямой цифровой синтез, или Direct Digital Synthesis.



Синусоидальный сигнал есть, по сути, решение уравнения Y= Sin(X), при линейно изменяющемся значении аргумента X.

Для получения цифрового сигнала из микроконтроллера нам необходимо подать значения функции на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Это значит, что для получения синусоидального сигнала, нам необходимо знать значения функции Y при каждом значении аргумента X (по сути X определяет значение фазы сигнала). Можно вычислять все значения функции прямо в микроконтроллере, но для обеспечения высокой точности вычисляемых значений необходим высокопроизводительный процессор, или модуль для работы с плавающей точкой. Вычисление значений в микроконтроллере может занять продолжительное время, поэтому для обеспечения быстроты вычисления берут готовые значения функции и загружают их в память. Для обеспечения плавности выходного сигнала, для уменьшения погрешности связанной с нелинейностью характеристики цифроаналогового преобразователя, необходимо как можно большее количество значений синуса. Таким образом, в памяти будут готовые отсчеты синуса. Для того чтобы эти отсчеты превратились в синус, их нужно каким-то образом растянуть по времени, чтобы каждый отсчет подавался на ЦАП через определенный промежуток времени после предыдущего. Для этого необходим генератор опорной частоты. Такой генератор будет выдавать импульсы постоянной скважности. Эти импульсы, в простейшем случае, поступают на счетчик, а счетчик в свою очередь выдает на выходе последовательность возрастающих кодов. Код на выходе счетчика будет указывать на адрес очередного отсчета в памяти (ПЗУ). ПЗУ соответственно кодам выдает на своем выходе значения функции, содержащиеся в памяти по этим адресам, которые передаются в ЦАП и на выходе ЦАПа будет синус с идеальной частотой. Частота синуса будет соответствовать частоте тактового генератора. Для обеспечения перестройки по частоте нужно каким-либо образом регулировать частоту опорного генератора. В простейшем случае между счетчиком и генератором ставят делитель частоты. Такой делитель позволяет перестаивать частоту в определенных пределах. Предел перестройки зависит от разрядности сумматора и частоты опорного генератора. Перестройка в таком случае будет возможна только на определенные значения, так как деление возможно только на числа, кратные 2.

Простейшая схема такого генератора показана на рисунке 1. В его состав входит генератор опорной частоты (G). Делитель, в который загружается код частоты (коэффициент деления), счетчик (СТ), ПЗУ, ЦАП и фильтр. Фильтр в данном случае необходим для того, чтобы сглаживать цифровой сигнал на выходе. ЦАП – цифровое устройство, которое выдает только определенный уровень сигнала. Чем меньше частота дискретизации, тем более ярко выражена ступенчатая характеристика выходного сигнала. Для того чтобы убрать погрешность, вносимую частотой дискретизации, на выходе применяется фильтр сигналов. В простейшем случае, это простая RC-цепочка, но необходимо учитывать скоростные характеристики ЦАП, так как на высоких частотах может отфильтровываться полезный сигнал.

Здесь рассмотрена самая простая схема DDS. Многие элементы в ней можно заменить и доработать. Например, если заменить счетчик на более сложное устройство, т.н. аккумулятор фазы, то у нас появятся больше возможностей, таких как перестройка по частоте без фазового сдвига или, например, возможность использовать четверть периода значений синуса, вместо полного периода, но в рамках данной статьи такие усложнения рассматриваться не будут.

Сейчас DDS выполняются как отдельные микросхемы. В такую микросхему достаточно загрузить параметры нужного сигнала и подключить генератор опорной частоты, а на выходе мы получим цифровую синусоиду, которую достаточно лишь отфильтровать с заданными параметрами. Такие генераторы позволяют получать частоту до 1.4 ГГц. У них в свою очередь есть один недостаток. Генераторы прямого цифрового синтеза чаще всего используются именно как генераторы частоты, поэтому амплитуда выходного сигнала не стабильна.

Другим способом генерации сигнала синусоидальной формы с помощью контроллера, является метод ШИМ + пассивный RC фильтр. ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Она позволяет, регулируя скважность импульсов, получать нужную постоянную амплитуду сигнала. Чем шире импульс, тем выше выходное напряжение на фильтре. Напряжение можно менять в пределах от нуля до напряжения питания. Таким образом, если задать определенную программу для регулирования скважности импульсов, то на выходе можно получить сигнал любой формы, в том числе синусоидальный. В самом простом случае схема показана на рисунке 2.

Такой генератор является дешевым, и самое главное наиболее легко реализуемым способом преобразования цифрового сигнала в аналоговый с помощью микроконтроллера. Он не требует специальных микросхем или каких-либо сложных схемотехнических решений. Единственное, что необходимо при создании такого генератора, это расчет выходного фильтра на заданную частоту среза, чтобы он не срезал полезный сигнал. Правда, достигнуть высоких метрологических характеристик на таком генераторе невозможно, так как трудно добиться низкого коэффициента гармонических искажений. Низкий уровень гармонических искажений можно достичь с помощью еще одного варианта генератора.

Третий вариант генератора основывается на схеме, которая называется «мост Вина». Суть этой схемы в том, что используется усилитель с двумя RC-цепочками в обратной связи. Одной последовательной и одно параллельной. Схема такого генератора представлена на рисунке 3.

Для данной схемы необходимо учесть то, что элементы в RC-цепочке должны быть строго одинаковыми. Иначе схема не будет стабильной. Для уменьшения этих эффектов применяют разные хитрости, например автоматическое управление усилением и другие хитрости. В простейшем случае автоматическое управление осуществляется каким-либо нелинейным элементом, например лампочкой. Но перестройка такого генератора по частоте затруднена. Нужно использовать переменные конденсаторы, что усложняет схему еще на порядок. Такой метод хорош, но в основном для генерации какой-либо определенной частоты, либо частоты с малым диапазоном регулировки.

Существуют разные варианты и модификации представленных выше схем. Кроме этих схем существуют аналоговые решения, которые не были здесь описаны из-за несоответствия тематике статьи. В заключении хочу сказать, что каждая схема должна выбираться и прорабатываться возможная ее реализация в зависимости от задачи, которую необходимо выполнить. Передо мной стоит задача создать прецизионный генератор синусоидального сигнала, который может одновременно выдавать высокостабильный синусоидальный сигнал и добавлять в сигнал гармоники более высокого порядка. Для выполнения этой задачи наилучшим выходом будет расчет значений функции синуса непосредственно в микроконтроллере с передачей значений на ЦАП. Такая реализация позволит мне учесть недостатки каждой схемы и проработать техническую реализацию, необходимую конкретно для моей задачи. Можно одновременно сделать стабильную амплитуду, убрать гармонические искажения, вносимые особенностью схемы и получить довольно стабильный генератор. И конечные погрешности будут зависеть только от того, какие элементы будут выбраны, и какая степень упрощения алгоритма взята. Таким образом, при неизменности основной структуры, можно получить гибкое решение определенного класса задач.

Если вас интересует какой-либо материал на схожую тему, или вообще что-то из сферы измерительных приборов и их проектирования, то я бы мог попробовать написать какой-либо материал, чтобы осветить ваш вопрос в более простом и понятном ключе

Источники:

1. DDS: прямой цифровой синтез частоты. Автор: Ридико Л.И. [Электронный ресурс]: Статья – http://www.digit-el.com/files/articles/dds.pdf — 25.12.2013

2. Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина [Электронный ресурс]: Статья – http://myelectrons.ru/wien-bridge-oscillator-low-thd/ — 26.12.2013

Генератор РЧ-сигналов | Tektronix

Использование генератора РЧ-сигналов для тестирования аналоговых и цифровых устройств

Генераторы РЧ-сигналов серии TSG4100A могут выполнять как аналоговую, так и более современную векторную и цифровую модуляцию при чрезвычайно низких затратах. Приборы позволяют быстро переходить от аналоговых до векторных сигналов, обеспечивая самую гибкую конфигурацию и наилучшую защиту инвестиций. В эти генераторы РЧ-сигналов, отличающиеся невысокой стоимостью, встроена поддержка наиболее распространённых схем векторной модуляции, включающих амплитудную манипуляцию (ASK), квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK), дифференциальную квадратурную фазовую манипуляцию (DQPSK), манипуляцию π/4 DQPSK, восьмипозиционную фазовую модуляцию (8PSK), частотную манипуляцию (FSK), непрерывную фазовую модуляцию (CPM), квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) (от 4 до 256 позиций), модуляции с остаточной боковой полосой 8VSB и 16VSB.

Генератор РЧ-сигналов с внутренней полосой пропускания до 6 MHz

Благодаря инновационной архитектуре системы квадратурной (I/Q) модуляции, простые и практичные приборы серии TSG4100A обеспечивают быструю генерацию сигналов и воспроизведение чистых цифровых данных. Приборы автоматически подставляют цифровые символы в выбранное сигнальное созвездие при скорости передачи символов до 6 MHz и пропускают результат через выбранный фильтр формирования импульсов для генерации окончательного сигнала, обновляемого в реальном времени с частотой 125 MHz. Затем при помощи метода квадратурной модуляции (IQ) этот модулируемый сигнал превращается в РЧ-несущую.

Высокостабильный опорный термостатированный кварцевый генератор (OCXO) для генератора РЧ-сигналов

В приборах серии TSG4100A установлен опорный генератор на основе термостатированного кварцевого резонатора SC-среза, который обеспечивает 100-кратное улучшение стабильности (

Воспроизведение РЧ-сигналов на генераторе РЧ-сигналов TSG4100A

В генераторах РЧ-сигналов TSG4100A предусмотрена опция использования внешних IQ-сигналов, способных обеспечить ширину полосы РЧ-модуляции >200 MHz для ВЧ-несущих с такими частотами, как больше 400 MHz. Узнайте, как использовать РЧ-сигнал, захваченный анализатором RSA, и приложение SourceXpress для формирования модулируемых IQ-сигналов и как затем настроить генератор произвольных сигналов/функций AFG31000 для управления входами IQ-сигналов на генераторе TSG.

Воспроизведение захваченного РЧ-сигнала на TSG4100A при помощи генератора AFG31000

ЧЗВ по генераторам РЧ-сигналов

Для чего используется генератор РЧ-сигналов?

Генератор радиочастотных (РЧ) сигналов предназначен для генерации непрерывных радиочастотных сигналов с известными характеристиками, которые необходимы для испытаний контуров схем, в основном для оборудования систем связи. Сам по себе генератор РЧ-сигналов не является измерительным прибором, он только создаёт требуемые условия для других приборов, измеряющих параметры тестируемого устройства.

Как работает генератор РЧ-сигналов?

Обычно генератор РЧ-сигналов представляет собой источник сигналов, который используется для испытаний схем, разрабатываемых для систем РЧ-связи, таких как устройства беспроводной и сотовой связи, радары, электронное оборудование военного назначения и т. п. Органы управления прибора служат для настройки амплитуды, частоты сигнала и применения схем модуляции.

Как генерируется частота РЧ-сигнала?

Чтобы сгенерировать частоту РЧ-сигнала самым простым способом, воспользуйтесь передней панелью генератора РЧ-сигналов TSG4100A. С её помощью можно легко настроить частоту, амплитуду, модуляцию и ряд других характеристик сигнала непосредственно перед подключением генератора РЧ-сигналов к тестируемому устройству (DUT).

В чём разница между генераторами сигналов и генераторами функций?

Генератором сигналов можно назвать любое устройство, генерирующее электрические сигналы. Векторный генератор сигналов специализируется на генерации РЧ-сигналов со схемами аналоговой и цифровой модуляции, такими как квадратурная амплитудная модуляция (QAM), квадратурная фазовая манипуляция (QPSK), частотная манипуляция (FSK), двоичная фазовая модуляция (BPSK) и мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Обычно векторные генераторы сигналов используются для испытаний чувствительности приёмников.

Генератор функций — это прибор с предварительно заданным списком или последовательностью сигналов, которые он может воспроизводить. Пользователь может изменить параметры сигнала, такие как скорость воспроизведения, амплитуду и смещение, либо добавить базовое искажение или модуляцию.

Какие бывают типы генераторов сигналов?

Существует много типов генераторов сигналов, в том числе генераторы функций, генераторы сигналов произвольной формы и векторные генераторы сигналов.

Чтобы понять разницу между ними, просмотрите следующую таблицу.

Генератор сигналов Общее название категории приборов-источников аналоговых и цифровых электрических сигналов.
Генератор функций Генераторы сигналов, которые обычно используются для генерации стандартных сигналов, таких как аналоговые, синусоидальные, треугольные и т. п.
Генератор сигналов произвольной формы: Генераторы функций, которые могут составлять сигналы произвольной формы.
Генератор сигналов произвольной формы Генераторы сигналов произвольной формы, в основном применяемые для создания пользовательских сигналов (а не предварительно заданных типичных сигналов).
Генератор РЧ-сигналов Генераторы РЧ-сигналов используются для оборудования беспроводной связи и, как правило, поддерживают прямую аналоговую модуляцию сигналов, такую как АМ, ЧМ и ИМ.
Векторный генератор сигналов (РЧ) Векторные генераторы РЧ-сигналов поддерживают как аналоговую, так и векторную модуляцию РЧ-несущих в устройствах цифровой связи.
Модель Возможности модернизации в условиях эксплуатации Перекрываемые частоты Прайс-лист
TSG4102A Базовая векторная модуляции, GSM, EDGE, P25, W-CDMA, DECT, NADC, PDC, TETRA, анализ аудиосигнала, внешняя модуляция IQ

2 ГГц

US $10,800
Конфигурация и ценовое предложение
TSG4104A Базовая векторная модуляции, GSM, EDGE, P25, W-CDMA, DECT, NADC, PDC, TETRA, анализ аудиосигнала, внешняя модуляция IQ

4 ГГц

US $14,000
Конфигурация и ценовое предложение
TSG4106A Базовая векторная модуляции, GSM, EDGE, P25, W-CDMA, DECT, NADC, PDC, TETRA, анализ аудиосигнала, внешняя модуляция IQ

6 ГГц

US $20,700
Конфигурация и ценовое предложение

Цифровой генератор | ООО «АСМ Тесты и измерения»

Н О В О С Т И
Technopark Ural 2022

Приглашаем Вас посетить наш стенд A117 на выставке Technopark Ural 2022 (19-21 апреля 2022 года, Екатеринбург)


Кабельные сборки под заказ

Производство кабельных сборок под заказ для акустических и вибрационных датчиков.


Наша компания получила сертификат качества ISO 9001

Модуль SIRIUS MIC200 с поддержкой поляризации напряжения 200 В

Наш партнер, компания Dewesoft анонсировала новый усилитель в линейке продуктов SIRIUS с прямым входом для 200-вольтовых микрофонов с внешней поляризацией.


Наш новый партнер YMC Piezotronics, Inc.

С Января 2022 года компания АСМ Тесты и Измерения является официальным и эксклюзивным представителем YMC Piezotronics, Inc в России, Республике Беларусь, Казахстане, Грузии, Армении, Молдове, Азербайджане, Узбекистане, Таджикистане, Киргизии и Туркмении.


Анализатор вибраций Vibrostore 100 внесен в госреестр

Портативные анализаторы Vibroport 80 & Vibrotest 80 сняты с производства

Наш новый партнер Mecanum

В октябре наша компания подписала эксклюзивный договор с Канадской компанией Mecanum, которая является одним из крупных мировых производителей оборудования в области акустических испытаний материалов.


Наш новый партнер Teledyne Reson

Наша компания начала сотрудничать с датской фирмой Teledyne Reson, которая является ведущим поставщиком высококачественных решений для подводной акустики.


Ремонт портативных калибраторов акселерометров

Уважаемые клиенты! Если у Вас имеется портативный калибратор акселерометров HI-803, Endevco 28959FV или такой же калибратор другого производителя вы можете столкнуться с проблемой, что прибор выключается сразу после загрузки селфтеста.


Мониторы шума (Hlukové monitory)

Мониторы шума от Чешской компании «Hlukové monitory». Визуализация шума, для легкой и эффективной возможности его контролировать.


Сервисный центр

Сервисное обслуживание и ремонт измерительных приборов Bruel & Kjaer, Dewesoft, OnoSokki, LDS


Сергей Собянин предложил оборудовать дорожные камеры шумомерами

Распродажа оборудования со склада в Москве

Новый партнер Microtech Gefell GmbH

Мы подписали эксклюзивное дистрибьюторское соглашение с компанией Microtech Gefell GmbH. Компания была основана в 1928 году в Германии и занимается производством микрофонов студийных и измерительных. В советское время эта компания была известна в нашей стране под брендом RFT, который был известен своим качеством и надежностью, и ни в чем не уступали другому известному бренду Bruel & Kjaer.


Представляем Вам нашего нового партнера — компания Dynalabs.

Первый сертифицированный бюджетный микрофон фирмы ACO (Япония)

Сертифицирована система поверки акселерометров 3629

Приглашаем на работу

ИДЕТ РЕГИСТРАЦИЯ НА СЕМИНАР

Более старые >>

Цифровой генератор сигналов | Статья в журнале «Молодой ученый»

В статье рассматривается алгоритм построения цифрового генератора сигналов, приведены примеры описания генератора гармонических функций, линейной, экспоненциальной, степенной функции, генератора ЛЧМ-сигнала.

Ключевые слова : цифровой генератор, гармоническая функия, ЛЧМ- сигнал.

Генератор сигнала является одной из составных частей телекоммуникационных устройств. При цифровой обработке используются цифровые генераторы. Известно несколько вариантов реализации этого блока: табличный метод (значения отсчетов сигнала на периоде повторения), прямой цифровой синтез ( DDS ) [1], технология TrueForm компании Agilent Technologies [2] требуют значительных затрат памяти. Методы на основе аппроксимации требуют большого количества вычислений. Генератор на основе алгоритма CORDIC использует только операции сложения [3]. В статье предложен метод генерации цифрового сигнала, не требующий затрат памяти.

Пусть задана формула для отсчетов дискретного сигнала f(n)= F(n). Если f(n) можно представить как функцию f(i), i , т. е.

, (1)

где a i — константы,

f(n-i) N предыдущих отсчетов сигнала,

то зная значения f (0), f (1), …, f ( n-N ), можно получить значения f(n), используя рекурсивный фильтр, начальные значения регистров равны f(n-i).

Пусть , для получения формулы в виде (1) найдем f(n+1).

,

тогда можно записать

Причем = С 1 и = С 2 являются константами. Если выполнить аналогичные преобразования для функции , получим систему

(1)

Представляя систему в виде схемы, получаем цифровой генератор синусоидального и косинусоидального сигнала с частотой F , соответствующей : и частотой дискретизации . Схема приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Реализация алгоритма генератора синуса и косинуса

При реализации алгоритма в аппаратном базисе необходимо сформировать на выходах схемы начальные значения, соответственно

В регистры, обозначенные на схеме задержками (z -1 ), необходимо загрузить начальные значения

В общем случае получаем, если существует такой набор функций f 1 , f 2 , …, f K , каждую из которых можно представить в виде

,

то можно реализовать цифровой генератор, формирующий отсчеты всех K функций f i , i =1… K .

Этому условию удовлетворяют гармонические функции (вывод приведен выше), экспонента, комплексная экспонента, степенная функция и все функции, которые можно представить через эти функции. Приведем вывод для некоторых функций.

Экспоненциальная функция f 1 (n)=e kn :

реализуется рекурсивным фильтром первого порядка.

Линейная функция f 2 (n)=kn+b :

.

Частный случай f 3 (n)=n :

.

Реализация f 2 (n) — рекурсивный фильтр первого порядка с коэффициентом 1 и сумматор с константой k .

Квадратичная функция f 4 (n)=n 2 :

Для реализации квадратичной функции необходимо использовать генератор линейной функции f 2 (n) c k =2 и b =0.

Кубическая функция f 5 (n)=n 3 :

Для реализации кубической функции необходимо использовать генераторы квадратичной и линейной функций.

Очевидно, что для генерации степенной функции n k потребуются генераторы степенных функций меньшего порядка, вплоть до линейной. Аналогично реализуется генератор функции, задаваемой полиномом произвольного порядка.

Рассмотрим возможность реализации генератора сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). ЛЧМ-сигнал задается формулой

(2)

где Т с — длительность сигнала,

— центральная частота спектра сигнала,

F макс — максимальная частота сигнала,

F мин — минимальная частота сигнала,

,

φ 0 начальная фаза.

При рассмотрении цифрового ЛЧМ-сигнала Т с — длительность символа модуляции. Выражение для отсчета цифрового сигнала имеет вид (начальную фазу примем равную 0, частоту дискретизации и амплитуду А — равными 1, обозначим

)

тогда можно записать

Найдем f(n+1):

(3)

Выделим аргумент, соответствующий f(n)

оставшуюся часть аргумента обозначим

тогда

Рассмотрим составляющие этого выражения:

— это f(n),

и — это функции косинуса и синуса с ненулевой начальной фазой.

Для нахождения воспользуемся преобразованиями, аналогичными (3), получим

Представим r 1 (n) и r 2 (n) аналогично

Таким образом, получили, что для нахождения сигнала по формуле (3), необходимо иметь квадратурную функцию ЛЧМ- сигнала, а также — синус и косинус с аргументом 2Bn , для их определения можно воспользоваться системой (1) и схемой рисунка 1.

Цифровой генератор ЛЧМ-сигнала описывается системой уравнений

Рассмотренные алгоритмы были реализованы в среде Matlab , показали свою работоспособность. Алгоритмы содержат только операции сложения и умножения, затраты памяти невелики. Например, для реализации рассмотренных генераторов не требуются аппаратные блоки памяти, используется небольшое число регистров.

Литература:

  1. Тюрин В. А. Метод прямого цифрового синтеза в генераторах сигналов специальной формы SFG-2110 и АКИП-3410/3: учебно-методическое пособие / В. А. Тюрин. — Казань: Казанский федеральный университет, 2015. — 74 с.
  2. Технология генерации сигналов Trueform компании Agilent. Технический обзор. — Текст: электронный // URL:http://www.unitest.com/pdf/TrueForm — 5991–0852RURU.pdf (дата обращения: 24.04.2020).
  3. Благодаров А. В., Целочисленный алгоритм генерации синусоидального сигнала. — Цифровая Обработка Сигналов № 4. 2017. С. 69 -84.
  4. Гольденберг Л. М. Цифровая обработка сигналов: Справочник/ Л. М. Гольденберг и др. — М.: Радио и связь. 1985. — 312 с.

Популярное оптовое цифровой генератор сигналов для наблюдения за изменениями

О продукте и поставщиках:

Покупайте оптом цифровой генератор сигналов для различных типов приложений и функций. Функции, операции и приложения различаются в зависимости от типа генератора. У них есть очень специализированные применения, такие как модуляция голоса или создание электронной танцевальной музыки. Несмотря на то, что традиционный генератор сигналов широко используется в электронике, за последнее столетие он претерпел значительные изменения. Независимо от причины, мы хотели бы помочь вам найти идеальное цифровой генератор сигналов , доступное на текущем рынке.

Хотите ли вы предоставить своим клиентам услуги для частотомеры, используемые для измерения частоты нескольких колебаний в секунду для электронного периодического сигнала, или генераторы сигналов и аксессуары, используемые для ввода сигналов в тестируемое устройство (DUT) для мониторинга / анализа и тестирования, мы здесь для вас! У нас также есть функциональные генераторы, используемые для генерации электронных сигналов в различных формах сигналов, и генераторы импульсов, используемые для вставки импульсных сигналов (цифровых, аналоговых или обоих) в ИУ. Кроме того, это могут быть анализаторы спектра, используемые для сканирования спектра радиочастотных (РЧ) наборов и аудиосигналов для анализа и проверки рабочих характеристик цепей. Независимо от типа генераторов, требуемых для задач тестирования и измерения, все эти генераторы сигналов в основном созданы для генерации ряда сигналов в формате формы волны.

Поиск оптом { keyword} включая генераторы векторных сигналов, генераторы треугольных волн, генераторы сигналов от 4 до 20 мА, генераторы функций и осциллографы, генераторы развертки частоты или даже генераторы функций? С большой вероятностью вы найдете свой идеальный товар по отличной цене у наших международных оптовиков.

Генераторы сигналов: отличия в принципах действия аналоговых и цифровых генераторов

Что такое сигнал? Это волна, имеющая строго определенную форму, амплитуду и частоту. Повсюду – в радиосвязи и медицине, в акустике и приборостроении, в домашней технике и энергетике – используются волны, для создания которых применяются генераторы сигналов, имеющие различные принципы действия. Но объединяет их одно: все генераторы имеют источник, создающий колебания, и формирователь, придающий колебаниям заданную форму.

Генераторы механических сигналов возникли на заре развития техники. Простейший механический источник колебаний – это маятник. Если маятник водить рукой, то он будет совершать вынужденные колебания, а если отпустить – начнет качаться с некоторой собственной частотой. Когда частота толчков рукой совпадает с собственной частотой маятника, то он начинает раскачиваться очень сильно – входит в резонанс. В электротехнике маятник заменяет генератор гармонических колебаний — усилитель с положительной обратной связью, который также попадает на собственной частоте в резонанс и создает синусоидальный сигнал, амплитуду которого генератор сигнала позволяет регулировать. Генрих Герц в 1887 г. впервые применил подобный генератор для создания электромагнитных волн и положил начало эпохе глобальных коммуникаций, в которой мы ныне живем.

Синусоидальные колебания являются частью природы и повсюду встречаются в окружающем мире, поэтому и генерировать их довольно просто. Прямоугольную, треугольную или пилообразную волну создать несколько сложней. Но оказывается, что самую замысловатую волну можно получить сложением множества синусоид. На данном принципе построены сотни разнообразных генераторов сигналов, суммирующих гармонические колебания, которые возникают в электрических цепях. Это генераторы шума и синтезаторы, синусоидальные и импульсные генераторы, генераторы сложных сигналов, высокочастотные генераторы и множество других. Ныне такие приборы называют аналоговыми, поскольку микросхемы породили новые устройства для создания сигнальных волн — цифровые.

Цифровые генераторы сигналов успешно решают противоположную задачу, а именно из множества прямоугольных импульсов складывают плавную волну. Их появление серьезно изменило сам подход к функциональности приборов: открылась возможность создания нового типа генераторов, объединяющего в себе все ранее существующие разновидности. Нынешние многофункциональные цифровые генераторы сигналов произвольной формы формируют не только стандартные синусоиды и пилы, но и различные шумы, экспоненциальные и логарифмические сигналы и т.д. Они отличаются высочайшей точностью установки частоты, прекрасной стабильностью и низким уровнем сторонних колебаний. Таким образом, компьютерная революция подняла технику создания сигналов на качественно новый уровень.

 

По материалам сайта http://zelpribor.com

Структура универсального генератора сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396

А.Ю. Абраменко, Г.Г. Гошин

Структура универсального генератора сигналов

Рассмотрена схема универсального генератора сигналов для применения в составе векторного генератора сигналов. Приведено описание аппаратных и программных методов, позволяющих формировать синфазную и квадратурную составляющие сигналов различных стандартов цифровой связи.

Ключевые слова: универсальный генератор сигналов, векторный генератор сигналов, квадратурный модулятор, цифровая обработка сигналов.

Постановка задачи. Разработка, настройка, тестирование современных приемопередающих устройств немыслима без использования специализированной контрольно-измерительной аппаратуры [1]. При тестировании аппаратуры, предназначенной для работы с цифровыми видами модуляции, необходимо использовать векторные генераторы сигналов (ВГС) с целью создания эталонных и точно искаженных сигналов. В то время как разработка генераторов сигналов синусоидальной формы с аналоговыми видами модуляции в России освоена и поставлена на поток, векторные генераторы сигналов отечественных производителей, способные конкурировать с зарубежными именитыми компаниями, отсутствуют на рынке как класс. В связи с этим разработка ВГС с возможностью гибкого выбора несущей частоты, вида цифровой модуляции, скорости передачи данных, коррекции сигналов является актуальной задачей.

Векторные генераторы сигналов в своем большинстве строятся с использованием метода непосредственной модуляции на высокой частоте с использованием комплексных сигналов.- ЬЯ

ФЦС

— *ЦАїї}- ЬЯ

Ц2 Ф2

Рис. 1. Структурная схема передатчика с непосредственной модуляцией на ВЧ: ФЦС — блок формирования цифровых сигналов; Ц1, Ц2 — цифроаналоговые преобразователи; Г — генератор несущего сигнала; Ф1, Ф2 — восстанавливающие фильтры; КАМ — квадратурный модулятор; Ф3 — полосно-пропускающий фильтр; МШУ — малошумящий усилитель; ГМС — генератор модулирующих сигналов

ГМС предназначен для формирования синфазной и квадратурной составляющих сигнала и состоит из блока формирования цифровых сигналов (ФЦС), сдвоенного или двух независимых ЦАП, восстанавливающих фильтров. Структура ГМС должна обеспечить полосу модулирующих сигналов, достаточную для реализации современных стандартов цифровой связи. Цифровой тракт ГМС должен поддерживать большинство основных аналоговых и цифровых видов модуляции (АМ, ЧМ, ФМ, PSK, FSK, MSK, QAM и различные их вариации) и возможности воспроизведения данных из памяти, предварительно рассчитанные на ПК, а также корректировать АЧХ аналогового тракта и квадратурный дисбаланс. Таким образом, ставится задача выбора оптимальной архитектуры ГМС,

разработка новых и улучшение существующих методов цифровой обработки сигналов (ЦОС) применительно к задаче формирования сигналов, реализация ГМС на современной элементной базе.

Выбор оптимальной архитектуры ГМС. ГМС строится по архитектуре прямого цифрового синтеза. В основе технологии лежит возможность «сколь угодно точного восстановления мгновенных значений сигнала с ограниченным спектром, исходя из отсчетных значений, взятых через равный промежуток времени» (теорема Котельникова). Важнейшей характеристикой цифрового сигнала является частота дискретизации. Частота дискретизации сигнала определяет его полосу, а для системы цифровой связи частота дискретизации обычно кратна скорости передачи данных. Учитывая различные скорости передачи данных различных стандартов связи, очевидно, что в ГМС необходимо обеспечить возможность изменения частоты дискретизации в широком диапазоне частот.

Рассмотрим несколько вариантов решения поставленной задачи.

Первый вариант. Изменение частоты дискретизации сигнала за счет изменения частоты тактирования ЦАП и блока ФЦС (рис. 2, а). В данном случае необходимо в качестве тактового генератора для ЦАП и ФЦС использовать перестраиваемый синтезатор с диапазоном перестройки от единиц килогерц до сотен мегагерц с шагом в 0,1 Гц, что существенно усложняет его структуру. Такой синтезатор либо стоит дорого, либо обладает плохими фазовыми шумами. С другой стороны, изменение тактовой частоты ЦАП потребует использования набора восстанавливающих фильтров, и чем больше диапазон изменения тактовой частоты, тем больше восстанавливающих фильтров должно быть.

Ф

>42

а б

Рис. 2. Структурная схема ГМС: Г — генератор тактовой частоты; Ф — восстанавливающий фильтр;

Д — делитель частоты; И — интерполирующий фильтр; ФЦС — блок формирования цифровых сигналов

Второй вариант. Использование фиксированной частоты тактирования ЦАП и необходимой частоты дискретизации ФЦС с последующим повышением частоты дискретизации до частоты тактирования ЦАП (рис. 2, б). В терминах ЦОС такая операция называется интерполяцией. Цифровая схема изменения частоты дискретизации позволяет получить гарантированно повторяющиеся параметры сигнала благодаря одному-единственному восстанавливающему фильтру с единственными АЧХ и ФЧХ. Фиксированная частота тактирования ЦАП позволяет использовать простой генератор тактовой частоты с низким уровнем фазовых шумов. Изменение частоты дискретизации с рациональным множителем может проводиться на ПЛИС, в которой реализовано формирование цифровых сигналов, при помощи известного или нового алгоритма интерполяции.

Выбор ЦАП. Цифроаналоговый преобразователь во многом определяет характеристики формируемого сигнала, такие как динамический диапазон по уровню мощности, динамический диапазон, свободный от гармоник (БРОЯ), уровень фазовых шумов, максимальная полоса формируемого сигнала.

Основными критериями выбора ЦАП являются разрядность и частота дискретизации. Широко используются ЦАП разрядностью 16 бит, что позволяет получить сигнал с динамическим диапазоном по уровню мощности 96 дБ и максимальным динамическим диапазоном, свободным от гармоник. Современные высокоскоростные ЦАП способны тактироваться от частоты в несколько гигагерц и, используя встроенные алгоритмы интерполяции в 2, 4 или 8 раз, обеспечивать избыточную дискретизацию сигнала с уменьшением требований на восстанавливающий фильтр. Интерполирующий ЦАП с частотой тактирования в 1 ГГц может принимать данные с частотой дискретизации в 250 МГц с последующим её повышением в 4 раза до 1 ГГц. Тогда ФНЧ на выходе ЦАП должен подавить сигнал не в районе 250 МГц, а в районе 1 ГГц, что позволяет уменьшить разрядность фильтра и улучшить уровень подавления зеркального сигнала за счет увеличения зоны перехода фильтра. Помимо уровня подавления сигнала на частоте дискретизации, на восстанавливающий фильтр накладываются требования минимальной неравномерности АЧХ и постоянной групповой задержки в полосе пропускания.

Выбор и реализация алгоритма интерполяции сигналов. Изменение частоты дискретизации сигналов с рациональным множителем является важной задачей для многих применений в ЦОС. В классической литературе решение поставленной задачи сводится к комбинации прореживания и интерполяции [2]. Действительно, для изменения частоты дискретизации в 12/13 раз необходимо интерполировать сигнал в 12 раз и проредить в 13. Учитывая, что современные алгоритмы ЦОС работают в масштабе реального времени, такое решение может оказаться экономически невыгодным либо неосуществимым из-за требуемой высокой частоты дискретизации на промежуточном этапе. Частным решением может стать многоступенчатое прореживание и интерполирование [2], но его разумно применять при интерполяции с фиксированным множителем.

В последние годы получили распространение алгоритмы полиноминальной интерполяции [3], где в реальном времени по определенному количеству временных отсчетов определяются коэффициенты полинома, описывающие исходный сигнал. Уже по найденному полиному рассчитываются значения функции в заданные моменты времени. Сигнал на выходе подобного интерполирующего фильтра записывается в виде полинома степени N

N-1

/(х) =Х ап х ХП , (2)

п=0

где ап — рассчитываемые коэффициенты полинома; хп — безразмерная переменная времени.

Эффективность алгоритма интерполяции оценивается по достоверности восстановленной функции, качественной оценкой которой является отношение уровня мощности к уровню шумов на выходе интерполирующего фильтра.рНпе и др.). Можно ли использовать алгоритм «оптимальной» интерполяции для задачи интерполяции с рациональным множителем в ПЛИС? В статье [4] проведен подробный анализ алгоритма для реализации интерполяции с рациональным множителем в ПЛИС и сделаны выводы о целесообразности его использования. При использовании избыточной дискретизации в 2 раза алгоритм «оптимальной» интерполяции обладает единственным недостатком: необходимость коррекции АЧХ. С целью коррекции АЧХ может использоваться дополнительный корректирующий цифровой фильтр либо объединенный фильтр коррекции АЧХ и интерполяции в 2 раза (рис. 3).

I

Є

Рис. 3. Структурная схема цифрового тракта: Ф1, Ф2 — фильтры интерполяции в два раза;

И1, И2 -интерполяция с рациональным множителем N Ф3, Ф4 — фильтры коррекции АЧХ аналогового тракта

Применение избыточной дискретизации в 2 раза и алгоритма «оптимальной» интерполяции 5-го порядка позволяет получить высокую эффективность изменения частоты дискретизации. Так, удалось получить отношение уровня сигнала к уровню шумов более 90 дБ в полосе 0,4 от частоты дискретизации. Корректирующий и интерполирующий фильтры подобраны так, что неравномерность АЧХ в полосе пропускания составляет менее 0,02 дБ. Благодаря использованию алгоритма «оптимальной» интерполяции стало возможным изменять частоту дискретизации исходного сигнала

в диапазоне от 1 кГц до 125 МГц с шагом в 0,1 Гц; нижняя частота ограничена из разумных предположений, верхняя частота — скоростью обработки сигналов используемой ПЛИС.

Коррекция искажений. Применение метода непосредственно модуляции на ВЧ с использованием комплексных модулирующих сигналов требует наличия дополнительных схем коррекции амплитуды и фазы. В статье [5] показаны основные причины появления дисбалансов квадратурных составляющих и дано их описание.

Выделяют следующие виды дисбалансов:

• дисбаланс амплитуды — отличие максимальных уровней синфазной и квадратурной составляющих на входе сумматора квадратурного модулятора (см. рис. 1) при одинаковом входном сигнале;

• дисбаланс фазы — отличие фазы синфазной и квадратурной составляющих на входе сумматора квадратурного модулятора от 90 градусов (см. рис. 1) при одинаковом входном сигнале;

• просачивание несущей частоты — остаточный уровень несущего сигнала при отсутствии входного сигнала на I и Q входах квадратурного модулятора.

Наличие дисбаланса амплитуды и фазы приводит к недостаточному подавлению зеркального канала относительно несущей частоты и увеличению уровня модуля вектора ошибки. Так, для значения подавления зеркального канала в 40 дБ уровень модуля вектора ошибки составляет около 1% при минимальном уровне шумов. В ВГС необходимо обеспечивать минимальный уровень модуля вектора ошибки. В формуле (3) приведена матрица коррекции или внесения ошибок (в зависимости от задачи) в тракт синфазной и квадратурной составляющих. Реализация алгоритма из формулы (3) позволит компенсировать дисбаланс амплитуды, фазы и просачивание несущей. Отметим, что просачивание несущего сигнала можно компенсировать, внеся постоянное смещение в тракт синфазной и квадратурной составляющей сигнала.

С08(ф) 8Іп(ф)

8Іп(ф) С08(ф)

I’ ■

Q’

I к1 o1 1 a 2 I Ъ1 o1

X Q X к 2 + o2 — a1 1 X Q X Ъ2 + o2

(З)

где ф — значение дисбаланса фазы; к = к1/к2 — значение дисбаланса амплитуды; о1, о2 — постоянные смещения напряжений в синфазном и квадратурном каналах; а1, а2, Ъ1, Ь2 — преобразованные для удобства отображения коэффициенты дисбаланса фазы и амплитуды (см. рис. 3).

Заметим, что недостаточно использовать только алгоритм компенсации дисбаланса для получения минимального уровня вектора ошибки; необходимо также использовать эффективный метод поиска корректирующих коэффициентов из формулы (3).

Аналоговому тракту, как ГМС, так и высокочастотному на выходе КАМ, свойственна неравномерность АЧХ, которую также необходимо корректировать. Использование цифрового фильтра с предварительно рассчитанной корректирующей характеристикой позволяет компенсировать неравномерность АЧХ (см. рис. 3).

Источник модулирующих сигналов. Источник модулирующих сигналов может быть любым, в чем и заключается универсальность ГМС. В качестве источника модулирующих сигналов могут выступать временные отсчеты, предварительно рассчитанные на ПК и записанные в память или же рассчитываемые в масштабе реального времени согласно существующим стандартам цифровой связи или видам цифровой модуляции. Описанная схема изменения частоты дискретизации позволяет задать необходимую частоту дискретизации для источника модулирующих сигналов, а использование ПЛИС позволит динамически изменять схему работы источника модулирующих сигналов.

Формирующий фильтр

Рис. 4. Структурная схема одной из реализаций источника модулирующих сигналов

К примеру, на рис. 4 приведена схема реализации квадратурной амплитудной модуляции (QAM), которая требует наличия следующих конструктивных блоков:

• генератор последовательности данных — формирует поток битов. В качестве потока битов могут выступать стандартные псевдослучайные последовательности (ПСП): PN9, PN11 и т.д., поток битов из памяти либо поток битов, формирующийся в масштабе реального времени;

• генератор символов — преобразует поток битов в поток символов;

• кодер — преобразует поток символов в последовательность временных отсчетов I и Q сигналов;

• формирующий фильтр — фильтр, формирующий полосу сигнала в соответствии с заданной характеристикой. К примеру, может использоваться фильтр с характеристикой Гаусса или Найквиста.

Заключение. Приведенная структура универсального генератора модулирующих сигналов реализована на предприятии «ЗАО «НПФ Микран»» в рамках разработки векторного генератора сигналов. Для задачи интерполяции сигнала с рациональным множителем впервые использовался алгоритм «оптимальной» интерполяции с избыточной дискретизацией в 2 раза, что сделало возможным изменение частоты дискретизации от 1 кГц до 125 МГц с шагом в 0,1 Гц с высоким отношением уровня сигнала к уровню шумов (более 90 дБ). Дополнительный блок коррекции АЧХ аналогового тракта и квадратурного дисбаланса позволяет получить минимальный модуль вектора ошибки.

Работа выполнена по договору № 02.G25.31.0091 от 25.05.2013 между ЗАО «НПФ «Микран» и Минобразования РФ, выполняемому в рамках Постановления Правительства РФ № 218.

Литература

1. Волков К.В., Мелихов С.В. Алгоритм тестирования цифрового радиочастотного оборудования // Доклады ТУСУРа. — 2011. — № 2 (24), ч. 1. — C. 85-88.

2. Оппенгейм А. Цифровая обработка сигналов / А. Оппенгейм, Р. Шафер. — 3-е изд., испр. — М: Техносфера, 2012. — 1048 с.

3. Niemitalo O. Polynomial Interpolators for High-Quality Resampling of Oversampled Audio [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://yehar.com/blog/wp-content/uploads/2009/08/deip.pdf, свободный (дата обращения: 30.08.2013).

4. Абраменко А.Ю. Исследование алгоритма оптимальной интерполяции и его аппаратнопрограммная реализация на ПЛИС // Электронные средства и системы управления: матер. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Томск, 8-10 ноября 2012 г.: в 2 ч. Ч. 1. — Томск: В-Спектр, 2012. -С. 9-14.

5. Джан И. Баланс квадратурных составляющих и подавления зеркального канала в беспроводных передатчиках // Беспроводные технологии. — 2011. — № 1. — C. 58-62.

Абраменко Александр Юрьевич

Аспирант каф. сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники ТУСУРа

Тел.: 8-960-979-13-42

Эл. почта: [email protected]

Гошин Геннадий Георгиевич

Д-р физ.-мат. наук, профессор каф. сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники ТУСУРа

Тел.: +7 (382-2) 70-15-18

Эл. почта: [email protected]

Abramenko A.Yu., Goshin G.G.

Structure of versatile signal generator

The article considers the structure of a versatile signal generator for use in the vector signal generator. The description of the hardware and digital signal processing techniques for generation of in-phase and quadrature signal components of different standards of digital communication.

Keywords: versatile signal generator, vector signal generator, quadrature modulator, digital signal processing.

Различные типы генераторов сигналов и их применение



 

  1. Точность сигнала — выберите правильную частоту дискретизации в зависимости от характеристик сигнала

Генератор сигналов является одним из наиболее важных элементов технологии в области электроники и связи. Он используется для создания различных типов сигналов и частот для различных целей, таких как тестирование, устранение неполадок и проектирование.Хотя стандартный генератор сигналов генерирует сигналы различной амплитуды, частоты и формы, сегодня на рынке доступно несколько различных типов. В зависимости от типа функции, операции и приложения будут различаться. Такие генераторы сигналов имеют очень специфическое применение, например, для модуляции голоса или создания электронной танцевальной музыки (EDM).

Хотя базовый генератор сигналов по-прежнему широко используется в области электроники, за последнее столетие он претерпел значительные изменения.Вот взгляд на некоторые из наиболее распространенных типов генераторов сигналов и их применения. В этой статье также будет представлен обзор одного из ведущих производителей.

Стандартные генераторы сигналов

Это наиболее распространенный класс генераторов сигналов, которые производят как повторяющиеся, так и неповторяющиеся сигналы различной амплитуды и формы. Они широко доступны по всему миру, а также используются в образовательных целях (в университетах для преподавания электроники как предмета).

Генератор сигналов произвольной формы

Аналогичен стандартному функциональному генератору, за исключением различных типов форм (пилообразных, ступенчатых, импульсных и треугольных волн), низкой пропускной способности и ограниченного частотного диапазона.Поскольку они допускают различные формы, они используются при разработке приложений. Для сравнения, функциональный генератор производит только синусоидальные волны.

 

Генератор радиочастотных (РЧ) сигналов 

Еще один распространенный тип генератора сигналов, который используется для создания сигналов в определенном диапазоне частот. Звонил

e типичного генератора радиочастотных сигналов работает в диапазоне от 10 кГц до 6 ГГц и имеет те же области применения, что и два предыдущих. Однако различия в размерах и полезности позволяют использовать их в различных приложениях, таких как GPS, радиовещание, радары, спутники и т. д.Обычно они производят два типа сигналов: аналоговые и цифровые. Генераторы цифровых сигналов (также известные как векторные генераторы) являются относительно новыми и предлагают операторам гораздо больше функций.

Некоторые специально изготовленные генераторы РЧ-сигналов могут работать даже за пределами стандартного предела в 6 ГГц. Например, серия Lucid от Tabor – это ряд различных модулей, способных генерировать аналоговые сигналы с частотой до 12 ГГц. Они известны своей высокой скоростью переключения, совместимостью с современными языками программирования, такими как Python и MATLAB, и удобными для машин интерфейсами.Tabor также производит такие генераторы сигналов в портативном, настольном и стоечном исполнении.

Генератор радиочастотных сигналов отличается от микроволнового генератора только диапазоном частот. Генератор микроволновых сигналов может производить сигналы частотой до 20 ГГц.

 

 

Генератор функций

Функциональный генератор является наиболее распространенным типом генератора сигналов. Он генерирует простые повторяющиеся сигналы различной амплитуды и частоты. Он использует схему генератора сигналов и электронный генератор для генерации сигналов, которые действуют как стимулы для целей тестирования и проектирования.Хорошим примером его применения является поиск и устранение неисправностей печатной платы.

В некоторых генераторах сигналов есть функция модуляции, которая позволяет пользователям изменять величину и форму. Другие имеют процессоры цифровых сигналов, синтезаторы и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) для улучшения возможностей.

Генераторы сигналов специального назначения

Эти типы имеют очень специфическое, ограниченное применение. В отличие от генераторов сигналов общего назначения, перечисленных выше, они в основном выполняют одну функцию с большой поддержкой изменения частоты, амплитуды, задержки и формы.

Генераторы импульсов

Также известные как генераторы логических импульсов, они производят импульсы различной частоты и амплитуды. Они в основном используются для тестирования и устранения неполадок, где они действуют как стимулы для цепей и других электронных устройств. Генераторы импульсов встречаются редко, потому что большинство других генераторов сегодня способны генерировать импульсы. Покупка одного генератора импульсов неэкономична.

Генераторы видеосигналов

Подобно генератору звука, генератор видеосигнала создает видеографические сигналы.Он используется в основном для целей тестирования и используется при тестировании телевизоров, видеоигр и продуктов на основе видео (фильмов).

Могут генерироваться как композитные, так и монохромные сигналы, что опять-таки разделяет их на два типа. В некоторых генераторах видеосигналов есть дополнительная возможность генерировать аудиосигналы.

Цифровые генераторы шаблонов

Предназначенные для тестирования цифровых схем, они производят «стимулы цифровой электроники», которые представляют собой электрические волны, похожие на синусоидальные.Сходство связано с его способностью создавать два состояния, то есть высокое состояние и низкое состояние. Он повторяет функцию сигнала напряжения (с максимумами и минимумами) и действует как стимул для тестирования и устранения неполадок.

Генераторы цифровых шаблонов

способны создавать уровни напряжения, совместимые с различными системами цифрового ввода-вывода, такими как TTL, LVDS и LVCMOS.

Их часто путают с генераторами импульсов. На самом деле их отличие в особенностях и способностях.Генераторы цифровых паттернов доступны как в виде автономных, так и дополнительных устройств и широко используются для стимуляции ЦАП, отладки встроенных систем и аппаратной стимуляции DPS.

Программное обеспечение генератора сигналов

Все описанные выше типы являются аппаратными. Тем не менее, существуют программные приложения, которые используются для создания сигналов произвольной формы через устройства вывода. Например, аудиоприложения используются (загружаются и устанавливаются на компьютер) в аудиоиндустрии для создания стимулов и передачи их через звуковую карту.Затем эта карта подключается к желаемому устройству тестирования или ввода.

Такое программное обеспечение для компьютерных генераторов сигналов продается производителями по всему миру, но они являются частью ниши.

Генератор сигналов и осциллограф являются неотъемлемыми частями любого блока тестирования и проектирования электроники. Без них было бы сложно тестировать и устранять неполадки в других электронных устройствах и создавать новые технологии. Генераторы сигналов очень эффективны и требуют минимального обслуживания, что автоматически делает их ценным оборудованием в мире электроники.Также по этой причине инженеры предпочитают покупать их у известных производителей, таких как Tabor, выпускающая передовые настольные модули и портативные системы генерации сигналов . Его серия Lucid является лучшей в отрасли и обладает исключительным набором функций.

Несмотря на то, что описанные выше девять типов являются наиболее распространенными генераторами сигналов, на рынке доступно гораздо больше вариантов. Пользователи должны изучать веб-сайты и каталоги производителей, если они имеют конкретное применение.

 

Ссылки –

 

 

Генератор сигналов — обзор

2.8 Характеристика на системном уровне

Характеристика микроволновых модулей на системном уровне становится ключевым шагом для правильной реализации подсистем передатчика и приемника как для целей моделирования, так и для проверки.

Современные комплексные схемы модуляции требуют конкретных характеристик различных модулей. Фактически, классические методы непрерывной волны (CW), описанные в предыдущих разделах, наряду с двухтональными тестами, не могут обеспечить полное и точное представление фактического поведения в присутствии сложных модулированных сигналов вместо периодических и изначально узкополосных возбуждений.

Измерительные установки системного уровня в любом случае могут рассматриваться как цифровые приемопередатчики, поскольку данные на входе УМ должны модулироваться в цифровом виде, а созвездие основной полосы частот должно быть восстановлено из выходного сигнала УМ.

Эти приборы дают чрезвычайно важные результаты, поскольку они непосредственно сообщают о влиянии искажений в основной полосе частот, вносимых нелинейностями PA. Фактически, они могут дать прямое представление о влиянии PA на поведение и производительность системного уровня, например, обеспечить оценку во временной области цифровых синфазных ( I ) и квадратурных ( Q ) символов основной полосы частот.

Простейший подход к этим измерениям заключается в использовании базового анализатора спектра (см. рис. 2.15). Эта характеристика предоставляет только информацию об амплитуде, а не об измерении фазы, которая является фундаментальной для современных сложных модуляций.

Рисунок 2.15. Принципиальная схема анализатора спектра.

В этом приборе супергетеродинный приемник имеет развертку, что позволяет измерять мощность в зависимости от частоты сигнала. После преобразования с понижением частоты сигнал фильтруется полосовым фильтром высокого разрешения и проходит через схему амплитудного детектора.Проходя настраиваемый фильтр по интересующему частотному диапазону, характеристика может быть выполнена во всем частотном диапазоне. Принимая во внимание точность измерения, важно, чтобы входные сигналы оставались постоянными и стабильными во время развертки частоты; условие, которого не всегда легко достичь.

Нынешнее поколение анализаторов спектра может включать цифровые элементы, такие как аналого-цифровое преобразование или системы цифровой обработки сигналов.

В последние годы были предложены новые специальные настройки для преодоления ограничений анализатора спектра.В основном они состоят из двух новых инструментов: векторного генератора сигналов (VSG) и его аналога, векторного анализатора сигналов (VSA). Этот инструментарий находится в непрерывном развитии и представляет собой основу любого стенда для определения характеристик основной полосы частот.

VSG (см. рис. 2.16) может генерировать либо непрерывные, либо произвольно модулированные сигналы, которые могут присутствовать на входе ИУ. Он состоит из трех основных блоков:

Рисунок 2.16. Принципиальная схема векторного генератора сигналов.

Генератор произвольной формы волны (AWG)

Местный осциллятор

Mixer Upconversion Mixer (часто квадратурный модулятор)

Более конкретно, он встраивает перестраиваемое радио, с AWG (модулятором), работающим на компонентах основной полосы I и Q , поступающих от цифро-аналоговых преобразователей (АЦП) (часто дифференциальных), работающих как своего рода модем.Затем сигнал фильтруется, преобразуется с повышением частоты в локально генерируемую несущую радиочастоту и, в конечном итоге, усиливается для достижения требуемого уровня мощности.

VSA извлекает из высокочастотно-модулированного сигнала поток данных в основной полосе частот, обычно квадратурно демодулированный до компонентов I и Q (см. рис. 2.17). Он ведет себя аналогично анализаторам спектра последнего поколения, по крайней мере, для аналоговой высокочастотной части, в то время как он отличается возможностями обработки данных, управляемыми дигитайзером основной полосы частот.

Рисунок 2.17. Принципиальная схема векторного анализатора сигналов.

Преобразователь с понижением частоты, микшер и дигитайзер (АЦП) в данном случае представляют собой три основных блока. Согласно схеме рис. 2.17, операции ВСА можно разделить на последовательные этапы: формирование сигнала с преобразованием частоты (затухание и преобразование с понижением частоты), аналого-цифровое преобразование, квадратурное детектирование, цифровая фильтрация и передискретизация, сохранение данных в памяти. и, наконец, обработка данных и анализ БПФ.

Основные проблемы этих приборов типичны для любой линии передачи: искажения амплитуды и фазы, искажения I и Q и спектральная чистота стимула. Обычно они уменьшаются и частично компенсируются специальными решениями как на программном, так и на аппаратном уровне [72–76].

2.8.1 Синхронизация измерительной системы

При правильной настройке и синхронизации VSA и VSG с остальным измерительным оборудованием установка обеспечивает векторные измерения во временной и частотной областях сигналов на выходе ИУ (обычно ВЧ-усилитель).Все приборы заблокированы общим генератором 10 МГц, обеспечивающим общий опорный сигнал. Необходимо следить за правильной синхронизацией и синхронизацией, чтобы правильно запускать генератор и приемник.

Процедура выполнения точного измерения не является тривиальной. Частота дискретизации должна быть в три-четыре раза выше ширины полосы сигнала для обнаружения интермодуляции в соседних каналах. Кроме того, блоки данных сбора данных должны быть достаточно большими, чтобы собрать всю форму волны, сгенерированную VSG.Другим важным параметром является диапазон частот, который должен быть выбран в соответствии с тактовой частотой модулятора IQ .

В частности, ширина полосы разрешения сильно влияет на размер выборки (распределение памяти) и количество вычислений БПФ (т. е. время измерения). Например, при использовании модулированного сигнала с частотой дискретизации 10 МГц для достижения полосы разрешения 10 Гц требуется один миллион точек для БПФ. Таким образом, очевидно влияние на необходимую память для хранения и необходимое время измерения.Выбирая подходящую частоту дискретизации, фильтры сглаживания (оконные окна) и прореживание, эту проблему можно частично решить, когда требуется узкая полоса пропускания.

Как и предполагалось, основной операцией во время измерений VSG-VSA является надлежащая синхронизация двух инструментов. Любое смещение между потоками генерации и сбора означает потерю выборок данных, неправильную выборку и, как следствие, неточные измерения. Распространенной стратегией решения этой проблемы является вставка в начале последовательности некоторых маркеров (например, известной последовательности данных), которые будут использоваться во время постобработки для правильной синхронизации.Для высокоточных измерений необходимо принять дополнительные меры для правильной корректировки и передачи уровней мощности от генератора и приемника к правильным эталонным плоскостям тестируемого устройства. С этой целью могут быть предприняты дополнительные этапы калибровки, как в [77], где потери, вносимые установкой датчика на волне, показанной на рис. 2.18, учитываются путем добавления к стандартной калибровке сквозного измерения. В этом случае VSA подключается к выходу стенда, применяя один входной тон. Измерения мощности, выполненные VSA и стендом, собираются и сравниваются для извлечения калибровочного коэффициента, зависящего от частоты.

Рисунок 2.18. Пример схемы испытательного стенда с модулированным сигналом для определения характеристик на пластине.

Обычно настройки характеристики на системном уровне дополняются возможностями цифрового предыскажения (с помощью ПК или специального оборудования, например, на основе интегральных схем с программируемой пользователем вентильной матрицей (FPGA)).

В этом контексте векторный приемопередатчик сигналов появился для обработки сигналов и управления в реальном времени как новый класс приборов, сочетающий VSG, VSA и FPGA.Схема блока показана на рис. 2.19. Программируемая пользователем ПЛИС позволяет настраивать алгоритмы на аппаратном уровне прибора и в то же время может использоваться для применения к системе определенных стратегий коррекции (например, предыскажения).

Рисунок 2.19. Пример принципиальной схемы приемопередатчика векторного сигнала (VST).

Коммерческие готовые продукты, в которых реализованы сложные VSG/VSA с часто заказными программными процедурами для оценки различных показателей качества наиболее принятых стандартов беспроводной связи, доступны у основных поставщиков радиочастотных и микроволновых приборов, см. [75] и [78]. –80] для получения более подробной информации о доступных продуктах.

Для проверки качества анализируемых ИУ введенные ранее показатели качества обычно пересчитываются в виде средних величин.

Что касается линейности, то особым индикатором, обычно используемым для сложных схем модуляции, является модуль вектора ошибки, который количественно определяет разницу между идеальными сигналами созвездия и сигналами, измеренными на выходе УМ (см. рис. 2.20). Измерительная установка представляет собой реальную цифровую приемопередающую систему. Фактически данные на входе УМ модулируются в цифровом виде, а на выходе УМ восстанавливается созвездие основной полосы частот.

Рисунок 2.20. Представление величины вектора ошибки.

Он дает чрезвычайно важные результаты, поскольку он непосредственно сообщает об эффектах искажения в основной полосе частот, например, из-за нелинейности PA. Фактически, он может дать прямое представление о влиянии РЧ на поведение и производительность на уровне системы, например, обеспечить оценку во временной области цифровых символов I и Q основной полосы частот.

Активные технологии | Signal Generator

Генератор сигналов произвольной формы (AWG) и

Генератор последовательностей импульсов (PPG)

2-, 4- и 8-канальные генераторы сигналов произвольной формы и генераторы импульсов идеально подходят для автоматизированных испытательных стендов, для физических экспериментов, испытаний полупроводников, аналоговая и цифровая отладка.

Несколько устройств могут быть синхронизированы для создания:

  • 8-канальный
  • 16-канальный
  • 32-канальный

Источники генератора сигналов произвольной формы и/или генератора импульсных последовательностей.

Такое оборудование может генерировать стимул для тестирования таких устройств, как усилители, радиочастотные приемники, последовательные и параллельные шины.

В случае, если инженеру необходимо охарактеризовать новое устройство, но вся система недоступна для тестирования, генератор сигналов может эмулировать наличие реальной системы.

Предположим, инженер-электронщик собирается разработать новый усилитель датчика для большого физического эксперимента (например, усилитель датчика для ускорителя частиц).

Когда прототип усилителя готов, инженер не может протестировать его, подключив ускоритель в качестве источника, т.к. это означает остановку эксперимента. В таком случае для эмуляции сигналов датчика акселератора можно использовать генератор сигналов произвольной формы или генератор шаблонов импульсов.

Кроме того, генераторы сигналов произвольной формы Active Technologies могут использоваться также в качестве генераторов импульсов, обеспечивая быстрое время нарастания, регулируемую амплитуду и программируемое смещение.Наиболее распространенные области применения — ядерная физика, оборонная электроника и эмуляция радаров.

Генераторы сигналов – основные функции

  • Генераторы сигналов произвольной формы (AWG) и генераторы последовательностей импульсов (PPG)
  • Генерация аналоговых и цифровых сигналов
  • Создание и воспроизведение сигналов реального мира
  • Расширенные исследования, квантовые вычисления, радиочастоты и беспроводная связь сигналов, аэрокосмической и оборонной промышленности, автомобилестроения, образования и многих других приложений
  • Синхронизация нескольких приборов для увеличения количества каналов
  • Простой в использовании программный интерфейс

Генераторы цифровых радиочастотных сигналов | Программируемый от 20 МГц до 20 ГГц

Vaunix LSG и LMS Series Lab Brick Программируемые ВЧ и микроволновые USB-генераторы цифровых сигналов обеспечивают высокие выходные уровни и превосходную чистоту спектра до 40 ГГц.Они могут работать как в режиме непрерывной волны (CW), так и в режиме качающейся частоты. Эти недорогие портативные ручные беспроводные синтезаторы сигналов и программируемые синтезаторы с питанием от USB являются идеальными беспроводными испытательными устройствами для инженерных и производственных испытательных лабораторий, полевых беспроводных испытаний и интеграции в высокоскоростные системы автоматического испытательного оборудования (ATE). Они доказали свою эффективность в качестве источников портативных гетеродинов (гетеродинов), тестового оборудования ИКЧ, микроволновых и беспроводных приложений для тестирования.Генераторы сигналов Vaunix серии LSG могут быть сконфигурированы для линейного сканирования в диапазоне частот. А наша усовершенствованная серия LMS предлагает низкий уровень шума, быстрое время переключения 100 мс, разрешение по частоте 100 Гц, фазово-непрерывную развертку частоты (LFM) и высокоскоростную внутреннюю и внешнюю импульсную модуляцию.

 

Узнайте больше о технологии нашего твердотельного USB-программируемого цифрового генератора радиочастотных сигналов, упаковке и о том, что входит в комплект каждого устройства.

См. дополнительную информацию о продукте

Технология

Лабораторный блок Vaunix серии LSG и LMS Программируемые через USB генераторы цифровых сигналов ВЧ и СВЧ разработаны с использованием передовой полупроводниковой технологии.Генераторы сигналов серии LMS В приложениях без USB генераторы сигналов Lab Brick могут работать от батареи или удаленного источника питания. Их можно использовать с любым ПК или ноутбуком с портом USB 2.0 (или USB-концентратором с питанием) и операционной системой Microsoft Windows. Кроме того, их можно программировать с помощью программных драйверов LabVIEW от National Instruments. Доступны функции модуляции сигнала ЛЧМ для радиолокационных приемников.

 

Упаковка и соответствие

Lab Brick Генераторы радиочастотных и микроволновых программируемых сигналов измеряют 4.90 x 3,14 x 1,59 дюйма (124 x 80 x 40 мм) и весом менее 1 фунта (0,45 кг). Они соответствуют международным требованиям по излучению электромагнитной совместимости (ЭМС) и помехоустойчивости для ISM-устройств класса A, чтобы гарантировать, что они не создают помех другому оборудованию ISM-диапазона. Они также соответствуют требованиям RoHS.

 

Что включено

Каждый генератор сигналов Lab Brick поставляется с флэш-накопителем USB с программным обеспечением с графическим интерфейсом пользователя и цифровой версией руководства по программированию, а также с кабелем USB длиной 3 фута (серия LMS) или 6 футов (серия LSG).Для приложений автоматического тестирования оборудования (ATE) руководство по программированию доступно для каждого генератора сигналов Lab Brick.

Характеристики

  • Тестирование беспроводных сетей
  • Питание и управление через USB
  • Выбор внутреннего/внешнего опорного сигнала 10 МГц
  • Прочная алюминиевая конструкция
  • Программируемое изменение частоты
  • от ПК или USB-концентратора с автономным питанием
  • Включает простой в установке и эксплуатации графический интерфейс пользователя
  • Высокоскоростная внутренняя и внешняя импульсная модуляция
  • Высокоскоростное переключение до 20 ГГц
  • Легко программируется для приложений ATE
  • Доступна настройка для уникальные требования

Приложения

  • Инженерно-производственная испытательная лаборатория
  • Портативный источник гетеродина
  • Автоматизированное испытательное оборудование (ATE)

Основы генерации сигналов

Загрузите эту статью в формате .PDF формат

Генератор сигналов, часть испытательного оборудования общего назначения, выполняет многочисленные измерения для различных приложений, требующих сигналов электромагнитных волн в качестве стимулов. Его корни восходят к истокам индустрии электронных испытаний и измерений. Первым продуктом, разработанным компанией Hewlett-Packard (теперь известной как Agilent Technologies), был аудиогенератор модели 200A. Одним из первых клиентов HP была компания Уолта Диснея — в 1940 году Уолт Дисней приобрел восемь аудиогенераторов для калибровки революционной звуковой системы, разработанной для фильма «Фантазия».

Сегодня генераторы радиочастотных сигналов широко используются в электронной промышленности, включая аэрокосмическую/оборонную электронику и беспроводную связь. Типичные области применения включают генерацию сигналов RF/IF и замену гетеродина, а также моделирование сигналов радаров, GPS и авионики. В современных системах беспроводной связи генераторы сигналов, поддерживающие ряд форматов цифровой модуляции, обычно используются для тестирования цифровых приемников и передатчиков на соответствие все более сложные требования.

Независимо от отрасли или области применения, для получения максимальной отдачи от генератора сигналов требуется хорошее понимание его основных операций и функций, а также его основных характеристик. Еще одним важным фактором является знакомство со способностью генератора сигналов выходить за рамки приложений общего назначения и моделировать усовершенствованные сигналы с искажениями, помехами и коррекцией формы сигнала.

Содержание

1. Генерация сигналов

2.Архитектуры генераторов сигналов

  • Генератор сигналов CW
  • Генератор аналоговых сигналов
  • Векторный генератор сигналов

3. Решения для моделирования сигналов

 

Генерация сигналов

Самый простой сигнал, создаваемый генератором сигналов, — это сигнал непрерывной волны (CW) или синусоидальная волна, которая не имеет модуляции и создается основным источником сигнала. Непрерывные сигналы с частотой менее 6 ГГц обычно называют РЧ-сигналами, тогда как сигналы с частотой от 6 ГГц до 30 ГГц и выше 30 ГГц называются микроволновыми сигналами и миллиметровыми сигналами соответственно.

Многие генераторы сигналов также предлагают различные типы модуляции, включая аналоговую и композитную (цифровую) модуляцию. Классические типы аналоговой модуляции включают амплитудную модуляцию (AM), частотную модуляцию (FM), фазовую модуляцию (ΦM) и сигналы импульсной модуляции. Модуляция важна, потому что это часть сигнала, несущая информацию.

Чтобы лучше понять аналоговую модуляцию, рассмотрим основное уравнение синусоиды:

 

V(t) = A(t) × cos[2πf c t + Φ(t)]

 

В этом уравнении можно варьировать три параметра: амплитуду, частоту и фазу.Изменение амплитуды синусоидальной волны обеспечивает AM и импульсную модуляцию. Изменение частоты или фазы синусоидальной волны генерирует FM и ΦM соответственно.

Композитная модуляция, также известная как векторная или цифровая модуляция, возникает, когда два или более типа модуляции используются для создания композитного модулированного сигнала. Например, AM и ΦM можно комбинировать для создания различных значений амплитуды и фазы. Изменение фазы сигнала в сочетании с управлением AM в цепи ALC может привести к формированию сигнала с цифровой модуляцией.Также можно генерировать различные коммуникационные, спутниковые и радиолокационные сигналы, используя комбинацию импульса и ΦM или FM.

Все типы модуляции могут быть представлены на полярной плоскости с использованием векторной (фазорной) нотации, хотя значения амплитуды и фазы обычно не используются при описании векторов в цифровой модуляции (рис. 1) . Вместо этого полярная плоскость отображается в прямоугольном формате (с горизонтальной и вертикальной осью), называемом плоскостью I-Q, где I означает синфазность, а Q означает квадратуру.

1. Изменение амплитуды без вращения представляет амплитудную модуляцию (AM), а вектор, вращающийся по дуге (длина которой указывает максимальное отклонение фазы), представляет фазовую модуляцию (ΦM). Одновременные AM и ΦM обозначаются вектором, длина и фаза которого изменяются со временем. FM приводит к вектору, который вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Диаграммы I/Q

особенно полезны, поскольку они отражают то, как модулятор I/Q создает большинство сигналов цифровой связи.Независимые постоянные напряжения (составляющие I и Q), подаваемые на вход модулятора I/Q, коррелируют с составным сигналом с определенной амплитудой и фазой на выходе модулятора. Наоборот, амплитуда и фаза модулированного сигнала, посылаемые на I/Q-демодулятор, соответствуют дискретным значениям постоянного тока на выходе демодулятора.

Быстрая передача больших объемов двоичных битов с высокой скоростью в составных сигналах требует большой информационной полосы пропускания. Чем выше скорость передачи данных, тем шире полоса пропускания.Доступную полосу пропускания можно использовать более эффективно, группируя блоки цифровых данных (1, 0) в символы, хотя это увеличивает сложность сигнала. Количество битов на символ зависит от конкретного формата. Для передачи цифровых данных с помощью многобитных символов требуется меньшая полоса пропускания. Например, для двух бит/символ скорость передачи символов составляет половину скорости передачи, а для четырех бит/символ скорость передачи символов составляет одну четверть скорости передачи.

IQ или векторная модуляция, обычно используемая в современных цифровых системах связи и радиолокационных системах из-за большой ширины полосы модуляции и простоты создания композитных модулированных сигналов, имеет ряд важных характеристик.К ним относятся скорость передачи символов (количество символов в секунду), ширина полосы модуляции (максимальная эффективная полоса пропускания IQ-модулятора), частотная характеристика/неравномерность, квадратурная асимметрия IQ (мера того, насколько ортогональны плоскости I и Q друг другу). , и баланс усиления IQ (мера того, насколько близки каналы I и Q в усилении).

Когда характеристики IQ не идеальны, возникают ошибки амплитуды и фазы, которые могут привести к передаче неверной цифровой информации. Цифровые ошибки называются битовыми ошибками, часто выражаемыми как коэффициент битовых ошибок.

Архитектуры генераторов сигналов

Генераторы сигналов

бывают разных видов: непрерывные, аналоговые и векторные. Каждый из них имеет свою функцию и, таким образом, найдет применение в различных приложениях.

Генератор сигналов CW

Глядя на базовую блок-схему генератора сигналов CW, источник RF CW делится на три части: эталон, синтезатор и выход (рис. 2) . Секция эталона подает синусоидальный сигнал известной частоты на контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в секции синтезатора.Его опорный генератор определяет точность выходной частоты источника. Секция синтезатора создает синусоидальную волну нужной частоты и подает стабильную частоту на выходную секцию. Выходная секция определяет общий диапазон амплитуд и точность источника.

2. На этой базовой блок-схеме источника непрерывного радиочастотного сигнала показаны различные секции опорного сигнала, синтезатора и выхода.

В источнике CW опорный генератор, фазовый детектор и генератор, управляемый напряжением (VCO), вносят свой вклад в фазовый шум.Минимальный уровень широкополосного шума также способствует этому. Однако, поскольку он возникает из-за теплового шума источника, он не сильно ограничивает производительность в большинстве приложений. Шумовые характеристики можно оптимизировать, тщательно выбрав полосу пропускания PLL в секции синтезатора. Это точно определяет, когда вклад VCO в общий фазовый шум становится подавленным.

Как и источник радиочастотного непрерывного излучения, микроволновый источник непрерывного излучения состоит из опорной секции, секции синтезатора и секции вывода.Однако микроволновый источник CW также может иметь ряд отличий. Например, хотя опорная секция имеет только один опорный генератор, она может подавать два или более сигналов на секцию синтезатора.

Еще одним отличием может быть выбор осцилляторов в секции синтезатора. В то время как источники РЧ обычно используют ГУН, генераторы микроволновых сигналов обычно используют генератор на иттрий-железном гранате (ЖИГ), настроенный с помощью магнитного поля. PLL обеспечивает стабильность частоты. Кроме того, диапазон выходных частот может быть расширен с помощью делителей и умножителей частоты.

При определении подходящего источника для приложения очень важно сначала понять спецификации источника. Для источников CW спецификации обычно делятся на три категории:

Частота: Основными характеристиками частоты являются диапазон, разрешение и точность. Диапазон определяет диапазон выходных частот, создаваемых источником. Разрешение указывает наименьшее приращение частоты. Точность источника зависит от стабильности генератора опорной частоты и количества времени, прошедшего с момента последней калибровки источника.

Амплитуда: Основными характеристиками амплитуды являются диапазон, точность, разрешение, скорость переключения и защита от обратной мощности. Диапазон определяется максимальной выходной мощностью источника и величиной встроенного внутреннего затухания. Разрешение указывает наименьшее приращение амплитуды. Скорость переключения измеряет, насколько быстро источник переходит с одного уровня амплитуды на другой. Защита от обратной мощности помогает предотвратить повреждение источника сигналов, передаваемых тестируемым устройством.

Спецификации амплитуды оказывают непосредственное влияние на возможности развертки источника CW (способность перемещать тон CW по частоте). Развертка по частоте включает развертку по линейному изменению, ступенчатую развертку и развертку по произвольному списку. Для линейной развертки обычно указываются точность источника, время развертки и разрешение по частоте. Для ступенчатой ​​и списочной развертки указываются точность, количество точек и время переключения.

При развертке по частоте выходная мощность изменяется не более чем на заданную неравномерность на всем протяжении развертки.Источники непрерывного излучения также могут измерять уровень мощности. При качании мощности диапазон качания амплитуды определяет возможный диапазон выходных мощностей, а диапазон наклона определяет, насколько быстро источник может качаться от одной мощности к другой.

Спектральная чистота: Спецификации, связанные со спектральной чистотой (например, фазовый шум, паразитные помехи, гармоники и субгармоники), иногда могут быть трудны для понимания. Идеальный выход CW представляет собой синусоидальную волну на одной частоте, однако на самом деле не существует идеального источника CW, поскольку все они сделаны с неидеальными (например,г., действительные) компоненты, которые вносят фазовый шум и нежелательные продукты искажения.

Гармоники представляют собой целое число, кратное выходному сигналу CW. Источники содержат множество нелинейных компонентов, обеспечивающих широкий диапазон частот и выходной мощности. Нелинейные характеристики усилителя создают гармоники второго, третьего и более высокого порядка. Негармонические паразитные помехи возникают из различных источников (например, источника питания) и обычно довольно низки (менее −65 дБн). Наконец, умножители часто используются для увеличения выходной частоты источника, что приводит к появлению субгармоник.

Ряд приложений может использовать основные сигналы CW, включая использование [OK?] в качестве гетеродина (LO) во время разработки передатчика, для тестирования интермодуляционных искажений (IMD) приемников, а также для внутриканальных и внеканальных сигналов. внеканальное тестирование приемника. Тестирование нелинейных усилителей — еще одно ключевое приложение. Перехват третьего порядка (TOI), обычное измерение усилителя, использует два источника CW, объединенных на входе усилителя (DUT). Нелинейности усилителя создают продукты смешения третьего порядка.

Сама тестовая система также может создавать источники ошибок. Их можно уменьшить либо за счет лучшей изоляции источников сигнала, либо за счет подавления мощности, которая передается от одного источника к другому, с помощью циркулятора.

Генераторы непрерывного импульса с разверткой

чаще всего используются при тестировании стимул-реакция (нахождение отклика с разверткой тестируемого устройства). Развертки частоты определяют частотную характеристику устройств. Развертки мощности, обычно выполняемые на усилителях, измеряют уровни линейности и насыщения.При измерении частотной характеристики устройства важными характеристиками являются точность частоты, выходная мощность (уровень), равномерность и скорость. Измерения частотной характеристики выполняются на многих типах устройств, включая усилители, фильтры и смесители.

Генератор аналоговых сигналов

Блок-схема генератора аналоговых сигналов аналогична схеме генератора непрерывного сигнала, за исключением дополнительных компонентов, которые позволяют источнику модулировать несущую (рис. 3).

3. В генераторе аналоговых сигналов входы FM и ΦM поступают на блок управления частотой синтезатора для модуляции несущей. Чтобы изменить частоту или фазу генератора сигналов, входной сигнал ЧМ или ФМ подается на ГУН. Этот сигнал вместе с сигналом опорного генератора создает сигнал ЧМ или ФМ.

Для создания AM сигнал AM должен быть подан на блок драйвера автоматического управления уровнем (ALC), который преобразует напряжения с входа AM в изменения амплитуды несущей через модулятор ALC.Для создания импульсной модуляции добавлен импульсный вход. Этот сигнал подается на импульсный модулятор на пути вывода сигнала. Внутренний генератор модулятора может быть добавлен к источнику CW для удобства и упрощения тестовых настроек.

Ключевым применением импульсных сигналов является тестирование радаров. При создании составного сигнала модуляции, такого как чирпированный импульс, важными характеристиками модуляции генератора сигналов являются девиация и скорость ЧМ, частота импульсов, ширина импульса и время нарастания импульса.

Векторный генератор сигналов

Создание векторного генератора сигналов просто включает добавление модулятора IQ к базовой блок-схеме CW.Для генерации сигналов IQ основной полосы частот генератор основной полосы частот берет двоичные данные, содержащие желаемую «информацию», которая должна быть передана, преобразует их в цифровые символы, а затем в цифровые сигналы I и Q, преобразует цифровые сигналы IQ в аналоговые сигналы IQ и отправляет их в модулятор IQ для кодирования несущего сигнала.

После преобразования данных в символы цифровые сигналы подвергаются цифровой фильтрации с использованием двух наборов фильтров в генераторе основной полосы частот. Фильтры предназначены для ограничения пропускной способности символов I и Q и замедления переходов между символами.Существует много типов фильтров основной полосы частот, каждый из которых имеет различные атрибуты, которые должны быть установлены в генераторе сигналов. Распространенными типами фильтров являются приподнятый косинус, гауссовский и прямоугольный.

Векторные генераторы сигналов

особенно полезны для имитации широкого спектра сигналов с цифровой модуляцией, включая форматы сотовой связи, беспроводной локальной сети, Bluetooth, GNSS и военной связи. Некоторые из наиболее распространенных векторных измерений включают коэффициент мощности соседнего канала (ACPR) и модуль вектора ошибки (EVM).

ACPR является важным показателем, особенно для усилителей мощности. Он характеризует искажение сигналов с цифровой модуляцией и вероятность того, что данный сигнал может мешать соседнему радио. EVM и фазовая ошибка являются двумя основными параметрами для оценки качества сигнала с цифровой модуляцией. Измерение этих значений влечет за собой изучение различий между измеренным амплитудным и фазовым вектором сигнала с цифровой модуляцией и его соответствующим идеальным эталонным вектором.

Еще одно приложение связано с измерением чувствительности и избирательности приемника. Чувствительность, одна из ключевых характеристик приемника, представляет собой минимально возможный уровень сигнала, который можно надежно обнаружить и демодулировать. При измерении чувствительности чрезвычайно важным фактором становится точность уровня генератора сигналов. Селективность по соседнему и альтернативному каналу измеряет способность приемника обрабатывать полезный сигнал, подавляя при этом сильный сигнал в соседнем или альтернативном канале.Здесь важна точность частоты и амплитуды (уровня), а также спектральные характеристики тестового и мешающего сигналов.

Генератор векторных сигналов также можно использовать в среде разработки Connected Solutions. Connected Solutions — это концепция, объединяющая компьютерное моделирование с реальными измерениями. Подумайте, например, насколько желательно было бы проверить чувствительность приемника до того, как все аппаратные блоки приемника будут доступны. Как правило, измерения коэффициента ошибок по битам (BER) могут выполняться только для всего приемника.Тем не менее, новейшие разработки аппаратного и программного обеспечения в тестовом оборудовании теперь позволяют измерять BER, когда доступны только части приемника. Метод Connected Solutions требует совместной работы программного обеспечения для моделирования и тестового оборудования.

Решения для моделирования сигналов

Процесс имитации реальных сигналов включает в себя создание формы сигнала, генерацию сигнала IQ основной полосы частот и преобразование сигналов IQ с повышением частоты в интересующую радиочастоту или микроволновую частоту.Хотя векторный генератор сигналов и связанный с ним генератор модулирующих сигналов являются основными частями любого решения для моделирования сигналов, для имитации усовершенствованных сигналов могут потребоваться и другие компоненты.

Например, для имитации искажений с замираниями требуется дополнительное программное и аппаратное обеспечение для создания искажений и добавления их к исходному сигналу. К счастью, современные векторные генераторы сигналов могут выходить за рамки приложений общего назначения для создания усовершенствованных сигналов с различными искажениями и помехами, обеспечивая более реалистичное моделирование реальных сред.

В то время как искаженные сигналы очень полезны для тестирования приемников в реальных условиях, другие приложения предпочитают очень чистый, неискаженный тестовый сигнал. Например, производительность радиочастотного компонента можно оценить, сравнив его выходной сигнал с входным сигналом. В этом случае чистый входной сигнал гарантирует, что измеренный выходной сигнал отражает работу устройства, а не входной сигнал.

Генератор сигналов имеет множество потенциальных источников ошибок (например, I/Q-модулятор, ВЧ-цепь и IQ-тракт).Каждый из них влияет на модулированный тестовый сигнал, что приводит к целому ряду проблем, включая наклон полосы пропускания, пульсации и спад. Коррекция формы сигнала обеспечивает средства устранения дефектов тестового сигнала (фиг. 4) .

4. Коррекция формы сигнала осуществляется путем измерения выходного сигнала генератора модулированных векторных сигналов с помощью векторного анализатора спектра. Затем эти результаты передаются программному обеспечению коррекции сигнала, которое, в свою очередь, предварительно искажает данные IQ, прежде чем они попадут в модулятор IQ, и эффективно устраняет несовершенство.

Одним из типов недостатков генератора векторных сигналов является неравномерность амплитуды модулятора IQ или неравномерность IQ. Равномерность IQ можно просмотреть, создав 32 тестовых тона одинаковой амплитуды в пределах полосы пропускания 80 МГц (рис. 5) . Обратите внимание, что до того, как будет измерена и применена коррекция формы сигнала, тоны различаются на 2,4 дБ на интересующей частоте 80 МГц. Измеряя векторный генератор сигналов в этом режиме и применяя соответствующую коррекцию формы сигнала, изменение амплитуды тона уменьшается до менее чем 0.1 дБ.

5. Коррекция формы сигнала предлагает средство устранения неравномерности IQ, хотя компромиссом является время расчета и время достоверной калибровки. Обычно он используется для широкополосных, многотональных сигналов и сигналов с несколькими несущими.

Та же коррекция IQ может быть применена к чрезвычайно широкополосным сигналам, таким как сигнал UWB 500 МГц, показанный на рис. 5. Хотя для этого типа сигнала может быть невозможно достичь неравномерности 0,1 дБ, производительность, тем не менее, значительно улучшается. .

Еще одно несовершенство тестового сигнала касается внутриполосных интермодуляционных искажений — продуктов интермодуляции, попадающих в полосу пропускания канала генерируемого сигнала. Такое искажение особенно нежелательно, потому что его нельзя отфильтровать, и оно напрямую мешает интересующему сигналу. Этот метод предварительного искажения генерирует компенсирующий тон на частоте интермодуляционных искажений, который на 180° не совпадает по фазе с продуктом искажения.

Анализатор спектра используется для измерения интермодуляционных искажений исходного тестового стимула. Затем предварительно искаженная форма волны, созданная из этих измерений, удаляет как внутриполосные, так и внеполосные продукты интермодуляционных искажений (фиг. 6) . Используя коррекцию формы сигнала, векторный генератор сигналов обеспечивает более точное воспроизведение формы сигнала со значительным уменьшением несовершенств.

6. Как видно из измерений до и после предварительного искажения, достигается исключительное подавление искажения.Этот тестовый стимул достиг улучшения более чем на 40 дБ.

Другие типы искажений, такие как многолучевые сигналы или затухание, можно смоделировать с помощью соответствующего оборудования, такого как генератор основной полосы частот Agilent PXB и эмулятор канала, которые используются вместе с сигналом MXG N5182B, а затем добавляются к чистому модулированному сигналу в векторном сигнале. генератор. Примеры включают производительность тестовых конфигураций с одним входом и одним выходом (SISO) и тестов приемника с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) на РЧ/модульном диапазоне (рис.7) .

7. Ухудшение многолучевости и замираний можно устранить с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения, как показано в этих примерах испытаний сигнала SISO и замираний (a) и испытаний приемника MIMO и замираний (b) .

Эрик Диез, старший менеджер по продуктам подразделения СВЧ и связи Agilent, имеет степень BSEE Калифорнийского университета в Дэвисе и степень MSEE Калифорнийского университета в Беркли.

Дополнительную информацию о генераторах сигналов Agilent можно найти на сайте www.agilent.com/find/sg.

Не покупайте генератор сигналов, не приняв во внимание эти 6 вещей!

Покупка нового генератора сигналов может стать довольно значительной инвестицией для вашей лаборатории. Прежде чем остановиться на идеальной модели, есть несколько пунктов (точнее, 6), которые вы должны рассмотреть. Без лишних слов…

6 вещей, которые следует учитывать перед покупкой отличного генератора сигналов.

1. Формы сигналов и модуляции

Само собой разумеется, важно учитывать типы сигналов, которые могут быть созданы с помощью генератора сигналов.Почти все генераторы сигналов смогут создавать очень распространенные формы сигналов, такие как прямоугольные, синусоидальные, треугольные, пилообразные и т. д. Более продвинутые генераторы сигналов могут создавать произвольные сложные сигналы, такие как сигналы с аналоговой и цифровой модуляцией, которые могут имитировать РЧ-сигналы или модуляцию. схемы, подобные тем, которые используются в современных SDR или программно-определяемых радиостанциях (174-7945) .

2. Пределы частоты

Одиночные генераторы используются для проверки реакции цепи на аналоговый вход напряжения.В зависимости от тестируемых цепей или сигналов, которые должны подаваться на вход тестируемого устройства, необходимо учитывать частотный диапазон генератора сигналов. С развитием высокоскоростных АЦП и ЦАП и переполнением низкочастотного радиочастотного спектра схемы постоянно продвигаются к все более и более высоким частотам. Убедитесь, что вы выбрали генератор сигналов с частотным диапазоном, который соответствует текущим и будущим потребностям тестирования.

3. Резолюция

Другим важным соображением является точность выходного сигнала генератора сигналов, которая обычно описывается как разрешение.Поскольку большинство генераторов сигналов преобразуют цифровые сигналы в аналоговые напряжения, разрешающая способность ЦАП (цифро-аналогового преобразователя) становится критически важной характеристикой способности генераторов сигналов воссоздавать спроектированный сигнал. Если вам нужно высокое разрешение, ищите генераторы сигналов с большим разрешением на ЦАП.

4. Частота дискретизации

В соответствии с теоремой Найквиста о дискретизации любой сигнал, дискретизированный с частотой, в два раза превышающей его самую высокую частотную составляющую, может быть полностью реконструирован.По этой причине частота дискретизации, а также частотный диапазон являются важными факторами при выборе хорошего генератора сигналов.

5. Выходное сопротивление

Еще одним важным фактором при покупке генератора сигналов является его способность управлять нагрузкой на своем выходе. Эта максимальная нагрузка определяется как функция выходного импеданса, измеренного в омах. Важно, чтобы полное сопротивление нагрузки соответствовало выходному сопротивлению. Большинство генераторов сигналов имеют выходное сопротивление 50 Ом, что характерно для большинства компонентов радиочастотных сигнальных цепей.

6. Возможность фазовой синхронизации

Многие радиочастотные системы требуют фазовой синхронизации различных сигналов для синхронизации. Наиболее распространенным является фазовая синхронизация с общим гетеродином, гетеродином или тактовым генератором. Если это необходимо для цепей, которые вы будете тестировать, важно, чтобы ваш генератор сигналов имел возможность ввода внешних сигналов для фазовой синхронизации.

Ищете рекомендации по генераторам сигналов?

Мы составили список из 5 отличных генераторов сигналов для любого бюджета на FromDC2Daylight.ком веб-сайт.

Главный редактор FromDC2Daylight. Томми Рид также является директором по технологической стратегии в L3Harris, где он формирует стратегию компании посредством целенаправленных исследований и разработок и четкого понимания меняющейся среды угроз.

Генераторы сигналов

— Highland Technology Генераторы сигналов

— Highland Technology

Highland предлагает генераторы сигналов различных форм и характеристик.От простых 4-канальных генераторов функций до наших флагманские генераторы сигналов произвольной формы с межканальной модуляцией, возможностью управления системой и неограниченными возможностями синхронизации, Все наши генераторы сигналов спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать синхронную генерацию сигналов для простой интеграции в конечные системы.

Автономный 8-канальный генератор сигналов, предназначенный для воспроизведения сохраненных файлов сигналов для аэрокосмического моделирования.
  • Независимые/синхронизированные 16-битные сигналы
  • 2 аналоговых входа АЦП для суммирования/модуляции
  • Память сигналов 32 Гбайт
Обеспечивает четыре выхода сигналов DDS, каждый из которых программируется по частоте и амплитуде.Синхронизируется в любая комбинация каналов для получения многофазных сигналов.
  • Синусоидальный, треугольный, пилообразный, квадратный/ШИМ
  • Выходы 0–2 МГц с разрешением в миллигерцах
  • Каналы могут быть синхронизированы
Генерирует четыре независимо программируемых сигнала со стандартными функциями, шумом и произвольными сигналами, загруженными пользователем.
  • Программируемый гауссовский шум с ограниченной полосой пропускания
  • Выходы 0–32 МГц с разрешением в миллигерцах
  • Синхронизация каналов между устройствами
Генерирует развертки, чирпы, I/Q и созвездия, а также калиброванный джиттер, а также имитирует широкий диапазон радиолокационных, связь, питание, датчики и электромеханические системы.
  • Суммирование и модуляция каналов «любой-любой»
  • Выходы 0–32 МГц с разрешением в миллигерцах
  • Синхронизация и координация между подразделениями
Обеспечивает восемь выходных сигналов DDS, каждый из которых программируется по частоте и амплитуде. Синхронизируется в любая комбинация каналов для получения многофазных сигналов.
  • Синусоидальный, пилообразный, треугольный, прямоугольный/импульсный/ШИМ
  • от 0 до 2 МГц с 0.Разрешение 004 Гц
  • Условия синхронизации каналов
Генерирует восемь независимо программируемых сигналов со стандартными функциями, шумом и произвольными сигналами, загруженными пользователем.
  • Программируемый гауссовский шум с ограниченной полосой пропускания
  • Выходы 0–32 МГц с разрешением в миллигерцах
  • Синхронизация каналов между устройствами
Генерирует развертки, чирпы, I/Q и созвездия, а также откалиброванное дрожание, а также имитирует широкий диапазон радаров, связь, питание, датчики и электромеханические системы.
  • Суммирование и модуляция каналов «любой-любой»
  • Выходы 0–32 МГц с разрешением в миллигерцах
  • Синхронизация и координация между подразделениями
Обеспечивает точную симуляцию реальных входных сигналов датчиков, что идеально подходит для моделирования сложных вращающихся машин.
  • Выходная полоса пропускания 300 кГц
  • Многоплатная синхронизация до 64 каналов
  • Возможность скачка формы волны и запуск пакета
Выполняет моделирование и сбор данных LVDT и синхронизатора/резольвера с использованием внутреннего или внешнего возбуждения.
  • 24 канала с трансформаторной изоляцией
  • Обобщенная архитектура АЦП-ЦАП-ЦСП
  • Измерение напряжения и частоты в реальном времени
Модулирует форму волны оптического импульса в зависимости от амплитуды во времени.
  • Скорость 4 Гвыб/с, пикосекундное дрожание
  • Включает привод э/о модулятора, стробирование, контрольные точки
  • Модулятор линии лазерного луча NIF fusion
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.