Функциональный генератор. Как не прогадать?

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой Генераторов Сигналов, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Ключевые и критически важные параметры, определяющие  выбор функционального генератора 

Выбор настольного функционального генератора для повседневного использования изначально очень важен. Вы должны быть уверены, что генератор выдает именно те типы сигналов, которые требуются для тестов, без нежелательного дрожания (джиттера), шума, гармонических искажений или дефектов этих сигналов. Возникновение нежелательных дефектов сигнала непреднамеренно вызывает отказы в тестах - и всё из-за выбранного вами функционального генератора. Распространенная ошибка - покупать самый дешевый из номенклатуры этих приборов, который только можно найти в местном магазине или у дистрибьютора. Функциональные генераторы построены по-разному. Большинство из них генерируют одни и те же базовые формы сигналов, а некоторые - более продвинутые, такие как модулированные сигналы, некоторые - пакетные сигналы. Однако разница видна в мельчайших деталях искажения формы сигнала, джиттера или фазового шума и целостности сигнала в широком диапазоне частот.

Качество имеет значение даже среди наиболее распространённых форм генерируемых сигналов

Функциональные генераторы используются в промышленности уже много десятилетий. Наиболее распространенными формами сигналов со времен аналоговых генераторов функций являются синусоидальная волна, прямоугольная волна, линейная волна и треугольная волна.

1. Синусоида

Рис.1 Синусоидальная волна во временной области

Если синусоида внешне выглядит как синусоида, это совсем не означает, что в среде тестирования это будет безупречная или чистая синусоида. Видоизменение по критическим характеристикам измеряется в частотной области или в общем гармоническом искажении (THD). Гармонический шум присутствует, когда источник синусоидальной волны генерируется из нелинейных компонентов или проходит через них. Функциональный генератор нуждается в нелинейных компонентах, таких как усилители, для создания более высоких напряжений или токов. Вот и появляется неидеальный выход синусоидальной волны. Гармонические искажения оказывают пагубное воздействие на электрические системы, вызывая повышенную неэффективность энергосистем, помехи в системах связи и общий шум для любой системы.

Рис.2 Гармонические искажения синусоиды в частотной области

 

2. Прямоугольная волна

Рис.3 Прямоугольная волна во временной области

Прямоугольная волна - это периодическая форма волны с симметричными положительными и отрицательными импульсами в каждом цикле. Стандартное название этого явления: 50% рабочий цикл. Например, возможно изменить рабочий цикл до 10% и тогда вы получаете очень узкие периодические импульсы, которые можно использовать во многих приложениях:
•    Модулировать пакетные сигналы

•    Использовать в схемах запуска

•    Коммуникационная сигнализация

Прямоугольные и пульсовые волны имеют стандартизированную терминологию и спецификации, которые в настоящее время используются во многих отраслях промышленности. Надежный функциональный генератор имеет стабильную целостность сигнала во всем частотном диапазоне, как например, характеристика времени нарастания импульса, которая остается в пределах допустимых границ во всем диапазоне частот. На рис. 4 показана характеристика импульса, которая обычно используется во многих отраслях промышленности. Время нарастания описывает время, за которое сигнал поднимается с 10 % его амплитуды до 90 %, а время спада – наоборот, т.е это время, за которое форма волны упадет с 90 % амплитуды до 10 %. Ширина импульса измеряет промежуток времени между временем нарастания и спада, используя отметки амплитуды 50 % в качестве границы. Период - это то, сколько времени требуется сигналу, чтобы пройти один цикл его полного паттерна.

Рис.4 Метод определения характеристик импульса, используемый во многих отраслях промышленности

Следует отметить, что генераторы функций совсем не одинаковы. Некоторые из них отличаются характеристиками времени нарастания и спада сигнала благодаря целостности этого сигнала во всем диапазоне частот. Эти характеристики становятся очень важными, особенно в приложениях для высокоскоростной цифровой связи.

Другой важной характеристикой, особенно для прямоугольных и импульсных волн, является джиттер. Джиттер - это отклонение от истинной периодичности периодического сигнала. Он характеризуется во временной области как джиттер периода, а в частотной области как фазовый шум. Для многих приложений высокоскоростной передачи цифровых данных требуются сигналы с низким уровнем джиттера. Поскольку новые приложения и технологии стремятся к более высокой пропускной способности и скорости передачи, возрастает необходимость применять чистые сигналы с малым джиттером. Более высокая скорость передачи означает меньше простора для ошибки. Более низкие формы колебаний джиттера указывают на низкую погрешность тестового сигнала. Вы можете найти спецификации джиттера в большинстве таблиц данных генераторов функций.

Рис.5 Измерение джиттера на выходе осциллографа; оба выходных сигнала находятся во временной области

 

 

3. Волна рампы и волна треугольника

Рис.6 Волна рампы и волна треугольника, обе во временной области

Волна рампы и треугольная волна имеют происхождение из одного семейства генераторов функций. У этих волн присутствуют настройки симметрии подъема и спуска. Чтобы сгенерировать восходящую волну, вам необходимо установить наклон на 100 %. Чтобы создать треугольную волну, вам нужно установить наклон вверх на 50 %, как показано на рис 7.

Рис.7 Настройка симметрии рампы и треугольника на функциональном генераторе 33600A Trueform

Критической характеристикой для волны нарастания и треугольной волны является линейность. Высокочастотный диапазон для пилообразной и треугольной волны обычно ниже, чем у синусоидальной или другой формы волны из-за необходимости контроля линейности. Таким образом, существует компромисс между характеристиками линейности и частотным диапазоном в типичном функциональном генераторе. Опять же, некоторые генераторы функций имеют лучшие спецификации, чем иные их аналоги.

Выводы

Если функциональный генератор не может достаточно хорошо генерировать базовые сигналы, то ваши финансовые вложения оказались потраченными впустую.

В настоящем техническом документе было представлено краткое пояснение того, как понять различия в ключевых критических спецификациях функциональных генераторов через простое сравнение основных форм генерируемых ими сигналов. 

Не все генераторы функций построены одинаково; чётко определитесь для себя в отношении основных требований к этим приборам при следующей покупке.

Магазин Gtest™ предлагает рассмотреть отличные генераторы сигналов известных мировых производителей: SIGLENT, OWON, MATRIX (Все – Китай). Соотношение цена/качество предлагаемых моделей существенно лучше многих аналогов с брендами из США, Европы, Японии. Данный фактор необходимо постоянно иметь в виду, с учётом того, что практически всё производство как бытовой электроники, так и высокоточных контрольно-измерительных приборов вынесено в Юго-Восточную Азию. 

Настоящие «Рекомендации пользователю» составлены из материалов, любезно предоставленных Магазину Gtest™ от компании Keysight Technologies (США)

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик генераторов сигналов в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/generatory