Введение
Электронные устройства, генерирующие электронные сигналы
Генератор сигналов – это один из классов электронных устройств, генерирующих электрические сигналы с заданными свойствами амплитуды, частоты и формы волны. Эти генерируемые сигналы используются в качестве стимула для электронных измерений и обычно применяются при проектировании, тестировании, поиске неисправностей и ремонте электронных или электроакустических устройств, хотя они также часто используются в художественных целях. Существует множество различных типов генераторов сигналов, предназначенных для разных целей и областей применения, и отличающихся по стоимости. К этим типам относятся генераторы функций, генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов, генераторы тона, генераторы произвольных форм сигнала, генераторы цифровых шаблонов и генераторы частоты. Как правило, ни одно устройство не подходит для всех возможных применений. Генератор сигналов может быть таким же простым, как осциллятор с откалиброванной частотой и амплитудой. Более универсальные генераторы сигналов обеспечивают управление всеми характеристиками сигнала. Современные генераторы сигналов общего назначения оснащены микропроцессорным управлением и могут также поддерживать управление с персонального компьютера. Генераторы сигналов могут быть автономными приборами или входить в состав более сложных автоматизированных систем тестирования.
История
В июне 1928 года General Radio 403 стал первым коммерчески доступным генератором сигналов. Он обеспечивал диапазон частот от 500 Гц до 1,5 МГц. Кроме того, в апреле 1929 года General Radio представила первый коммерческий стандарт частоты с частотой 50 кГц.
Генератор функций
Генератор функций — это устройство, которое генерирует простые повторяющиеся сигналы. Такие устройства содержат электронный генератор, схему, способную создавать повторяющийся сигнал. (Современные устройства могут использовать цифровую обработку сигналов для синтеза сигналов, за которой следует цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для получения аналогового выходного сигнала.) Наиболее распространенным сигналом является синусоидальный, но широко доступны генераторы с пилообразным, прямоугольным (импульсным), квадратным и треугольным сигналами, а также произвольные генераторы сигналов (AWG). Если генератор работает на частотах выше диапазона человеческого слуха (>20 кГц), генератор часто включает в себя функцию модуляции, такую как амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM) или фазовая модуляция (PM), а также второй генератор, обеспечивающий сигнал звуковой частоты для модуляции.
Произвольный генератор волнообразных форм
Генератор произвольной формы волны (AWG или ARB) – это сложный прибор, генерирующий произвольные сигналы в пределах заявленных ограничений по частотному диапазону, точности и уровню выходного сигнала. В отличие от генератора функций, который выдает ограниченный набор стандартных сигналов, AWG позволяет пользователю задавать исходную форму сигнала различными способами. AWG обычно дороже генератора функций и часто имеет меньшую полосу пропускания. AWG применяется в высокотехнологичных проектах и системах тестирования.
Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов
Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов используются для тестирования компонентов, приемников и тестовых систем в широком спектре приложений, включая сотовую связь, WiFi, WiMAX, GPS, аудио- и видеовещание, спутниковую связь, радиолокацию и средства радиоэлектронной борьбы. Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов обычно обладают схожими характеристиками и возможностями, но отличаются диапазоном частот. Диапазон частот генераторов радиочастотных сигналов обычно составляет от нескольких кГц до 6 ГГц, в то время как генераторы микроволновых сигналов охватывают значительно более широкий диапазон – от менее 1 МГц до 20 ГГц и выше. Некоторые модели достигают 70 ГГц при прямом коаксиальном выходе и до сотен ГГц при использовании с внешними умножителями частоты для волноводов. Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов могут дополнительно классифицироваться как аналоговые или векторные генераторы сигналов.
Генератор векторных сигналов
С появлением цифровых систем связи стало невозможно адекватно тестировать их с помощью традиционных аналоговых генераторов сигналов. Это привело к разработке генератора векторных сигналов, также известного как цифровой генератор сигналов. Эти генераторы способны генерировать цифромодулированные радиосигналы, использующие широкий спектр цифровых методов модуляции, таких как QAM, QPSK, FSK, BPSK и OFDM. Более того, поскольку современные коммерческие цифровые системы связи почти полностью основаны на чётко определённых отраслевых стандартах, многие генераторы векторных сигналов могут генерировать сигналы, соответствующие этим стандартам. К ним относятся GSM, WCDMA (UMTS), CDMA2000, LTE, Wi-Fi (IEEE 802.11) и WiMAX (IEEE 802.16). В отличие от этого, военные системы связи, такие как JTRS, для которых критически важны надёжность и информационная безопасность, как правило, используют собственные, закрытые методы. Для тестирования подобных систем связи пользователи часто разрабатывают собственные формы сигнала и загружают их в генератор векторных сигналов для создания необходимого тестового сигнала.
Цифровой генератор шаблонов
Генератор логических сигналов, генератор шаблонов данных или генератор цифровых шаблонов формирует логические сигналы, то есть логические 1 и 0 в виде стандартных уровней напряжения. Обычно используются стандарты напряжения LVTTL и LVCMOS. Он отличается от "генератора импульсов/паттернов", который подразумевает генераторы сигналов, способные создавать логические импульсы с различными аналоговыми характеристиками (например, время нарастания/спада импульса, длительность высокого уровня и т.д.). Генератор цифровых шаблонов применяется в качестве источника тестовых сигналов для цифровых интегральных схем и встраиваемых систем с целью функциональной проверки и тестирования.
Генераторы сигналов специального назначения
В дополнение к вышеуказанным устройствам общего назначения, существуют различные классы генераторов сигналов, разработанных для специализированных задач.
генераторы звука и аудиогенераторы
Генератор тональности — это тип генератора сигналов, оптимизированный для использования в аудио- и акустических приложениях. Генераторы тональности обычно включают синусоидальные волны в диапазоне человеческого слуха (от 20 Гц до 20 кГц). Продвинутые генераторы тональности также включают генераторы развертки (функция, изменяющая выходную частоту в заданном диапазоне для проведения измерений в частотной области), многотональные генераторы (выдающие одновременно несколько тонов и используемые для проверки интермодуляционных искажений и других нелинейных эффектов) и тоновые импульсы (используемые для измерения переходных характеристик). Генераторы тональности обычно используются совместно с шумомерами при измерении акустики помещения или системы воспроизведения звука, и/или с осциллографами или специализированными аудиоанализаторами. Многие генераторы тональности работают в цифровой области, выдавая сигнал в различных цифровых аудиоформатах, таких как AES3 или SPDIF. Такие генераторы могут включать специальные сигналы для имитации различных цифровых эффектов и проблем, таких как клиппинг, джиттер, битовые ошибки; они также часто предоставляют средства для манипулирования метаданными, связанными с цифровыми аудиоформатами. Термин "синтезатор" используется для обозначения устройства, генерирующего звуковые сигналы для музыки или использующего более сложные методы.
Компьютерные программы
Компьютерные программы могут использоваться для генерации произвольных сигналов на компьютере общего назначения и вывода этих сигналов через выходной интерфейс. Такие программы могут быть коммерческими или распространяться бесплатно. В простых системах в качестве выходного устройства используется стандартная звуковая карта компьютера, что ограничивает точность генерируемого сигнала и диапазон частот звуковой полосой.
Генератор видеосигнала
Генератор видеосигнала – это устройство, которое формирует заданные видео- и/или телевизионные сигналы и другие сигналы, используемые для имитации неисправностей или проведения параметрических измерений в телевизионных и видеосистемах. Существует несколько различных типов генераторов видеосигнала, широко применяемых на практике. Независимо от конкретного типа, выходной сигнал видеогенератора обычно содержит сигналы синхронизации, соответствующие телевизионным стандартам, включая горизонтальные и вертикальные синхроимпульсы (в аналоговых системах) или синхрослова (в цифровых системах). Генераторы композитного видеосигнала (например, NTSC и PAL) также формируют цветовой поднесущий сигнал в составе выходного сигнала. Генераторы видеосигнала доступны для широкого спектра применений и поддерживают различные цифровые форматы; многие из них также обеспечивают генерацию аудиосигнала (поскольку звуковая дорожка является важной частью любой видео- или телевизионной программы, или кинофильма).