Jak wybrać generator funkcyjny?
Wybór właściwego generatora funkcyjnego do codziennego użytku jest bardzo ważny. Chcesz mieć pewność, że generuje sygnału, których potrzebujesz do testów, bez wprowadzania niepożądanych drgań, szumów, zniekształceń harmonicznych czy innych wad sygnału. Wprowadzenie niechcianych zniekształceń sygnału może skutkować fałszywymi wynikami testów.
Częstym błędem jest zakup najtańszego modelu jaki można znaleźć w lokalnym sklepie lub u dystrybutora. Generatory funkcyjne nie są zbudowane tak samo. Większość generuje te same podstawowe przebiegi, niektóre bardziej zaawansowane przebiegi, takie jak przebiegi modulowane i niektóre przebiegi typu burst. Jednak różnica jest widoczna w subtelnych szczegółach zniekształceń przebiegu, fluktuacji lub szumu fazowego oraz integralności sygnału w szerokim zakresie częstotliwości.
Generatory funkcyjne są obecne w branży od wielu dziesięcioleci. Przebiegami najczęściej występującymi od dni generatorów analogowych są sinus, prostokąt, piła i trójkąt.
Rysunek 1: Przebieg sinusoidalny w dziedzinie czasu
Widzenie przebiegu sinusoidalnego, który wygląda jak sinus, nie oznacza, że jest to czysty przebieg sinusoidalny w środowisku testowym. Zróżnicowanie według krytycznej specyfikacji jest mierzalne w dziedzinie częstotliwości lub całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD). Szum harmoniczny występuje, gdy źródło sygnału generuje lub przechodzi przez elementy nieliniowe. Generator funkcyjny potrzebuje nieliniowych komponentów, takich jak wzmacniacze, do wytwarzania wyższych napięć lub prądów co skutkuje niedoskonałym wyjściem sinusa. Zniekształcenia harmoniczne mają szkodliwy wpływ na systemy elektryczne, powodując rosnącą nieefektywność systemów zasilania, zakłócenia w systemach komunikacyjnych i ogólny szum w każdym systemie.
Rysunek 2: Zniekształcenie harmoniczne fali sinusoidalnej w dziedzinie częstotliwości
Rysunek 3: Przebieg prostokątny w dziedzinie czasu
Przebieg prostokątny to przebieg okresowy z symetrycznymi dodatnimi i ujemnymi impulsami w każdym cyklu. Jest to ogólnie znane jako 50-procentowy cykl pracy. Na przykład możesz zmienić cykl pracy do 10 procent; otrzymujesz bardzo wąskie okresowe impulsy, które są użyteczne w wielu aplikacjach:
• Modulowanie sygnałów burst
• Obwody wyzwalające
• Sygnalizacja komunikacyjna
Przebieg prostokątne i impulsowe mają znormalizowaną terminologię i specyfikacje używane obecnie w wielu gałęziach przemysłu. Niezawodny generator funkcyjny zapewnia stałą integralność sygnału w całym zakresie częstotliwości. Na przykład charakterystyka czasu narastania impulsu, która pozostaje w akceptowalnej specyfikacji w całym zakresie częstotliwości.
Rysunek 4 przedstawia charakterystykę impulsu, która jest stosowana w wielu branżach. Czas narastania opisuje czas potrzebny na wzrost sygnału z 10% do 90% amplitudy, podczas gdy czas opadania jest odwrotny. Jest to czas potrzebny na spadek przebiegu z 90% amplitudy do 10%. Szerokość impulsu mierzy długość czasu między narastaniem a opadaniem, używając 50-procentowych znaczników amplitudy jako granicy. Okres określa, jak długo sygnał przechodzi przez jeden cykl pełnego wzoru.
Rysunek 4. Czasy narastania i opadania impulsu
Ponownie, generatory funkcyjne nie są sobie równe. Niektóre generatory wyróżniają się pod względem specyfikacji czasu narastania i opadania ze względu na integralność sygnału w całym zakresie częstotliwości. Specyfikacje dotyczące czasu narastania i opadania stają się bardzo ważne, zwłaszcza w zastosowaniach do szybkiej komunikacji cyfrowej.
Inną krytyczną specyfikacją, szczególnie w przypadku prostokątów i impulsów, jest jitter. Jitter to odchylenie od prawdziwej okresowości sygnału okresowego. Jest określany w dziedzinie czasu jako fluktuacja okresu, a w dziedzinie częstotliwości jako szum fazowy. Wiele aplikacji do transmisji szybkiej komunikacji cyfrowej wymaga przebiegów o niskiej fluktuacji. Ponieważ nowe aplikacje i technologie wymagają większej przepustowości i szybkości transmisji, istnieje większa potrzeba rozpoczynania od czystych przebiegów o niskim poziomie jitteru. Wyższe prędkości transmisji oznaczają mniej miejsca na błędy. Przebiegi o mniejszych fluktuacjach wskazują niskie niepewności sygnału testowego. Specyfikacje jittera można znaleźć w większości arkuszy danych generatorów funkcyjnych.
Rysunek 5. Pomiar jitteru w oscyloskopie, pomiar w dziedzinie częstotliwości
Rysunek 6. Przebieg trójkątny oraz piłokształtny
Piła i sygnał trójkątny należą do tej samej rodziny dla generatorów funkcji. Mają ustawienie symetrii zbocza w górę i w dół. Aby wygenerować falę zwiększającą, musisz ustawić nachylenie na 100%. Aby wygenerować rosnący przebieg trójkątny, należy ustawić nachylenie w górę na 50 procent, jak pokazano na rysunku 7.
Rysunek 7. Ustawienie piły lub trójkąta za pomocą generatora funkcji Trueform 33600A
Krytyczną specyfikacją dla piły i trójkąta jest liniowość. Zakres wysokich częstotliwości dla tych sygnałów jest zwykle niższy niż dla przebiegów sinusoidalnych z powodu konieczności kontrolowania liniowości. Tak więc istnieje kompromis między specyfikacjami liniowości a zakresem częstotliwości w typowym generatorze funkcyjnym. Ponownie, każdy generator jest różny i specyfikacje w tym zakresie mogą być bardzo różne.
Wnioski
Jeśli generator funkcyjny nie może wystarczająco dobrze wygenerować podstawowych przebiegów, staje się to zmarnowaną inwestycją. W tym tekście pokazaliśmy, jak zrozumieć różnice w kluczowych specyfikacjach, po prostu porównując podstawowe przebiegi. Nie wszystkie generatory są zbudowane tak samo; rozważ swoje kluczowe wymagania przy następnym zakupie generatora. Keysight Technologies oferuje generatory funkcyjne Trueform 33500B i 33600A, które będą warte Twojej inwestycji. Generatory funkcyjne Trueform firmy Keysight mają lepszą integralność sygnału, mniejszy jitter i mniejsze zniekształcenia w porównaniu z innymi generatorami funkcyjnymi.
Częstym błędem jest zakup najtańszego modelu jaki można znaleźć w lokalnym sklepie lub u dystrybutora. Generatory funkcyjne nie są zbudowane tak samo. Większość generuje te same podstawowe przebiegi, niektóre bardziej zaawansowane przebiegi, takie jak przebiegi modulowane i niektóre przebiegi typu burst. Jednak różnica jest widoczna w subtelnych szczegółach zniekształceń przebiegu, fluktuacji lub szumu fazowego oraz integralności sygnału w szerokim zakresie częstotliwości.
Generatory funkcyjne są obecne w branży od wielu dziesięcioleci. Przebiegami najczęściej występującymi od dni generatorów analogowych są sinus, prostokąt, piła i trójkąt.
- Przebieg sinusoidalny
Rysunek 1: Przebieg sinusoidalny w dziedzinie czasu
Widzenie przebiegu sinusoidalnego, który wygląda jak sinus, nie oznacza, że jest to czysty przebieg sinusoidalny w środowisku testowym. Zróżnicowanie według krytycznej specyfikacji jest mierzalne w dziedzinie częstotliwości lub całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD). Szum harmoniczny występuje, gdy źródło sygnału generuje lub przechodzi przez elementy nieliniowe. Generator funkcyjny potrzebuje nieliniowych komponentów, takich jak wzmacniacze, do wytwarzania wyższych napięć lub prądów co skutkuje niedoskonałym wyjściem sinusa. Zniekształcenia harmoniczne mają szkodliwy wpływ na systemy elektryczne, powodując rosnącą nieefektywność systemów zasilania, zakłócenia w systemach komunikacyjnych i ogólny szum w każdym systemie.
Rysunek 2: Zniekształcenie harmoniczne fali sinusoidalnej w dziedzinie częstotliwości
- Przebieg prostokątny
Rysunek 3: Przebieg prostokątny w dziedzinie czasu
Przebieg prostokątny to przebieg okresowy z symetrycznymi dodatnimi i ujemnymi impulsami w każdym cyklu. Jest to ogólnie znane jako 50-procentowy cykl pracy. Na przykład możesz zmienić cykl pracy do 10 procent; otrzymujesz bardzo wąskie okresowe impulsy, które są użyteczne w wielu aplikacjach:
• Modulowanie sygnałów burst
• Obwody wyzwalające
• Sygnalizacja komunikacyjna
Przebieg prostokątne i impulsowe mają znormalizowaną terminologię i specyfikacje używane obecnie w wielu gałęziach przemysłu. Niezawodny generator funkcyjny zapewnia stałą integralność sygnału w całym zakresie częstotliwości. Na przykład charakterystyka czasu narastania impulsu, która pozostaje w akceptowalnej specyfikacji w całym zakresie częstotliwości.
Rysunek 4 przedstawia charakterystykę impulsu, która jest stosowana w wielu branżach. Czas narastania opisuje czas potrzebny na wzrost sygnału z 10% do 90% amplitudy, podczas gdy czas opadania jest odwrotny. Jest to czas potrzebny na spadek przebiegu z 90% amplitudy do 10%. Szerokość impulsu mierzy długość czasu między narastaniem a opadaniem, używając 50-procentowych znaczników amplitudy jako granicy. Okres określa, jak długo sygnał przechodzi przez jeden cykl pełnego wzoru.
Rysunek 4. Czasy narastania i opadania impulsu
Ponownie, generatory funkcyjne nie są sobie równe. Niektóre generatory wyróżniają się pod względem specyfikacji czasu narastania i opadania ze względu na integralność sygnału w całym zakresie częstotliwości. Specyfikacje dotyczące czasu narastania i opadania stają się bardzo ważne, zwłaszcza w zastosowaniach do szybkiej komunikacji cyfrowej.
Inną krytyczną specyfikacją, szczególnie w przypadku prostokątów i impulsów, jest jitter. Jitter to odchylenie od prawdziwej okresowości sygnału okresowego. Jest określany w dziedzinie czasu jako fluktuacja okresu, a w dziedzinie częstotliwości jako szum fazowy. Wiele aplikacji do transmisji szybkiej komunikacji cyfrowej wymaga przebiegów o niskiej fluktuacji. Ponieważ nowe aplikacje i technologie wymagają większej przepustowości i szybkości transmisji, istnieje większa potrzeba rozpoczynania od czystych przebiegów o niskim poziomie jitteru. Wyższe prędkości transmisji oznaczają mniej miejsca na błędy. Przebiegi o mniejszych fluktuacjach wskazują niskie niepewności sygnału testowego. Specyfikacje jittera można znaleźć w większości arkuszy danych generatorów funkcyjnych.
Rysunek 5. Pomiar jitteru w oscyloskopie, pomiar w dziedzinie częstotliwości
- Sygnał trójkątny i piłokształtny
Rysunek 6. Przebieg trójkątny oraz piłokształtny
Piła i sygnał trójkątny należą do tej samej rodziny dla generatorów funkcji. Mają ustawienie symetrii zbocza w górę i w dół. Aby wygenerować falę zwiększającą, musisz ustawić nachylenie na 100%. Aby wygenerować rosnący przebieg trójkątny, należy ustawić nachylenie w górę na 50 procent, jak pokazano na rysunku 7.
Rysunek 7. Ustawienie piły lub trójkąta za pomocą generatora funkcji Trueform 33600A
Krytyczną specyfikacją dla piły i trójkąta jest liniowość. Zakres wysokich częstotliwości dla tych sygnałów jest zwykle niższy niż dla przebiegów sinusoidalnych z powodu konieczności kontrolowania liniowości. Tak więc istnieje kompromis między specyfikacjami liniowości a zakresem częstotliwości w typowym generatorze funkcyjnym. Ponownie, każdy generator jest różny i specyfikacje w tym zakresie mogą być bardzo różne.
Wnioski
Jeśli generator funkcyjny nie może wystarczająco dobrze wygenerować podstawowych przebiegów, staje się to zmarnowaną inwestycją. W tym tekście pokazaliśmy, jak zrozumieć różnice w kluczowych specyfikacjach, po prostu porównując podstawowe przebiegi. Nie wszystkie generatory są zbudowane tak samo; rozważ swoje kluczowe wymagania przy następnym zakupie generatora. Keysight Technologies oferuje generatory funkcyjne Trueform 33500B i 33600A, które będą warte Twojej inwestycji. Generatory funkcyjne Trueform firmy Keysight mają lepszą integralność sygnału, mniejszy jitter i mniejsze zniekształcenia w porównaniu z innymi generatorami funkcyjnymi.
| Porównanie generatorów Trueform i DDS | |||||
| Tradycyjny DDS 25 MHz | Trueform 20 i 30 MHz | Tradycyjny DDS 100 MHz | Trueform 80 i 120 MHz | Różnica | |
| Jitter | <500ps | <40ps | <200ps | <1ps | 12 do 200 razy lepszy |
| Odtworzenie sygnału | Pomija punkty przebiegu | 100% | Pomija punkty przebiegu | 100% | Dokładnie odwzorowanie sygnału |
| THD | 0,2% | 0,04% | 0,2% | 0,03% | Do 5 razy lepszy |
| Antyaliasing | Potrzeba wykorzystania zewnętrznego | Zawsze | Potrzeba wykorzystania zewnętrznego | Zawsze | Nie wymagane dodatkowe filtry |
| Przebiegi arbitralne | NIE | TAK | NIE | TAK | Proste tworzenie złożonych sygnałów |
