Nel campo dei test e delle misure elettroniche, il termine generatori di segnale è molto usato, ma in realtà comprende diversi tipi di strumenti molto diversi tra loro. Sotto questo ombrello si trovano generatori di funzioni, generatori di forme d'onda, e Generatori di segnali RF, ciascuno progettato per uno specifico livello di complessità del segnale, intervallo di frequenza e requisiti di test.
Questo articolo chiarisce come questi strumenti sono collegati, come si differenziano e quando scegliere ciascuno di essi. Un esempio ad alte prestazioniGeneratore di segnali a microonde TFN TG20A-Viene anche utilizzato per illustrare ciò che distingue gli strumenti professionali a radiofrequenza.
1. Comprendere la gerarchia: Un termine generale, più categorie
Al livello superiore, un generatore di segnali è un dispositivo che emette segnali elettrici di prova. A seconda del tipo di forma d'onda, della purezza e della gamma di frequenza richiesta, la categoria si divide in diversi strumenti specializzati.
2. Generatori di funzioni: Le basi per i test a bassa frequenza
I generatori di funzioni sono i membri più fondamentali della famiglia dei generatori di segnali. Sono progettati per generare un piccolo insieme di forme d'onda periodiche standard come:
- Onda sinusoidale
- Onda quadra
- Onda a triangolo
- Onda a dente di sega
Caratteristiche principali:
- Gamma delle basse frequenze: tipicamente da pochi hertz a diversi MHz o alcune centinaia di MHz.
- Funzionalità fissa: si concentra sulla produzione di forme d'onda matematiche pulite e ideali.
- Applicazioni tipiche: laboratori di elettronica di base, test audio, sviluppo di circuiti logici digitali e ambienti didattici.
Servono a scenari di test in cui i tecnici hanno bisogno solo di una forma d'onda semplice e prevedibile piuttosto che di segnali complessi o ad alta frequenza.
3. Generatori di forme d'onda (generatori di forme d'onda arbitrarie): Flessibilità per la simulazione e i test complessi
I generatori di forme d'onda, in particolare i generatori di forme d'onda arbitrarie (AWG), offrono una maggiore flessibilità rispetto ai generatori di funzioni.
Invece di poche forme d'onda integrate, consentono agli ingegneri di creare o importare forme d'onda personalizzate, compresi i modelli di segnale non periodici o altamente complessi.
Come funzionano:
Una forma d'onda definita digitalmente viene memorizzata e inviata in uscita attraverso un DAC ad alta velocità, consentendo una riproduzione precisa di qualsiasi segnale.
Vantaggi fondamentali:
- Capacità di simulare segnali del mondo reale: Tracce ECG, uscite di sensori, protocolli bus, transienti di guasto, formati di modulazione.
- Elevata frequenza di campionamento e larghezza di banda
- Ampia profondità di memoria per sequenze più lunghe o complesse
- Alta risoluzione verticale per dettagli più fini
I generatori di forme d'onda sono ideali ogni volta che il test richiede l'autenticità del segnale, la complessità o l'esatta replicazione.
4. Generatori di segnali RF / Generatori di segnali a microonde: Precisione e purezza
Quando i test raggiungono le frequenze RF o a microonde, l'accuratezza e la purezza diventano drasticamente più importanti. È qui che entrano in gioco i generatori di segnali RF e i generatori di segnali a microonde.
Questi strumenti sono progettati per fornire un'onda sinusoidale di alta qualità con una stabilità e una purezza spettrale eccezionali.
Caratteristiche distintive:
- Gamma di frequenza estremamente ampia: da centinaia di kHz a decine di GHz
- Eccezionali prestazioni di rumore di fase per un'uscita spettrale pulita
- Contenuto di spurie e armoniche molto basso
- Controllo del livello di potenza ad alta precisione
- Funzionalità di modulazione analogica e vettoriale integrate
I generatori di segnali RF sono essenziali per:
- Test di filtri e amplificatori
- Caratterizzazione del mixer
- Misure di sensibilità del ricevitore
- Sviluppo del sistema radar
- R&S sulle comunicazioni wireless
- Sistemi satellitari e di navigazione
In questo caso, la priorità non è la flessibilità della forma d'onda ma la purezza e la stabilità del segnale di uscita.
5. TFN TG20A - Un generatore di segnali a microonde professionale
Il TFN TG20A dimostra cosa distingue i generatori di segnali a microonde di fascia alta dai generatori di funzioni o forme d'onda generici.
Capacità RF chiave
- Copertura di frequenza: Da 9 kHz a 21 GHz - nel territorio professionale delle microonde
- Rumore di fase eccezionale: -112 dBc/Hz @ 10 kHz di offset (10 GHz)
- Forte soppressione delle spurie: fino a -80 dBc a 10 GHz
-
Controllo ad alta risoluzione:
- Risoluzione di frequenza: 0,001 Hz
- Risoluzione del passo di potenza: 0,1 dB
- Gamma di potenza di uscita: Da -120 dBm a +17 dBm
- Eccellente stabilità: riferimento interno con invecchiamento di ±0,3 ppm all'anno
Chi ha bisogno di questo livello di prestazioni?
Industrie come:
- Radar e ESA
- Aerospaziale e satellitare
- Ricerca quantistica
- Progettazione di sistemi di comunicazione avanzati
Per questi utenti, il TG20A fornisce un sorgente RF pulita, precisa e controllabile, non è uno strumento di riproduzione di forme d'onda. Il suo valore fondamentale sta nel generazione di onde sinusoidali di elevata purezza su un'ampia banda di frequenza, che è fondamentale per la convalida delle prestazioni RF.
6. Le principali differenze in sintesi
| Caratteristica | Generatori di funzioni | Generatori di forme d'onda | Generatori di segnale RF |
|---|---|---|---|
| Scopo principale | Segnali periodici di base | Segnali complessi e personalizzati | Onde sinusoidali di elevata purezza |
| Frequenza tipica | Da Hz a MHz | Da Hz a centinaia di MHz | da kHz a decine di GHz |
| Flessibilità della forma d'onda | Basso | Molto alto | Basso (attenzione alla purezza) |
| Priorità | Costi e basi | Flessibilità e simulazione | Purezza, precisione, stabilità |
| Casi d'uso tipici | Istruzione, circuiti a bassa frequenza | Simulazione di sensori, protocolli, biomedicina | Radar, microonde, moduli RF |
7. Come scegliere il giusto generatore di segnale
Utilizzate questa semplice mappatura in base alla vostra applicazione:
Scegliere un generatore di funzioni se necessario:
- Segnali di laboratorio di base
- Formazione o introduzione all'elettronica
- Forme d'onda periodiche semplici
Scegliere un generatore di forme d'onda se necessario:
- Sequenze personalizzate
- Riproduzione del segnale nel mondo reale
- Simulazione di protocolli o modulazioni complesse
- Simulazione dell'alimentazione o del sensore
Scegliete un generatore di segnali RF se ne avete bisogno:
- Onde sinusoidali ad alta frequenza e basso rumore
- Controllo di precisione del livello di potenza
- Test dei componenti RF (filtri, LNA, mixer)
- Test di sensibilità del ricevitore o del sistema radar/di comunicazione
Negli ambienti di test ad alta frequenza, una sorgente di segnale RF come il TFN TG20A-diventa un strumento non negoziabile per ottenere risultati accurati e affidabili.
Conclusione
Sebbene i generatori di segnali, i generatori di funzioni e i generatori di forme d'onda siano strettamente correlati, le loro priorità di progettazione differiscono in modo significativo.
La scelta giusta dipende dalle esigenze dell'applicazione:
- Una semplice forma d'onda standard
- Un segnale altamente personalizzato
- O un'uscita RF pura, stabile e ad alta frequenza
Comprendendo queste distinzioni, gli ingegneri possono scegliere lo strumento che si allinea esattamente con i loro obiettivi di prova ed evitare di sovrastimare o sottostimare le apparecchiature.