VitalyMorarenko

Как устроен генератор сигналов произвольной формы (AWG)

Blog Post created by VitalyMorarenko Employee on May 30, 2018

Обычно мы публикуем в этом блоге советы по работе с осциллографом, но сегодня мы хотим рассказать о другом контрольно-измерительном приборе, который часто используется вместе или наряду с осциллографами.

 

Генераторы сигналов произвольной формы (англ. - Arbitrary Waveform Generator (AWG)) являются самыми гибкими среди всех генераторов. Эти приборы могут генерировать любые математически описанные сигналы, включая синусоидальные, импульсные, модулированные, многотональные, поляризованные и фазоуправляемые сигналы. Часто генератор сигналов произвольной формы выступает в роли рабочей лошадки, поскольку может выполнять функции генераторов любого другого типа. Типовая структурная схема генератора сигналов произвольной формы показана ниже. Сначала цифровое описание сигнала извлекается из памяти. Затем выборки сигнала поступают на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), фильтруются, усиливаются и выводятся в виде аналогового сигнала.

 

Типовая структурная схема генератора сигналов произвольной формы

 

Подробное описание функциональных блоков генератора сигналов произвольной формы

1. Память

Цифровое представление сигнала может загружаться в память генератора сигналов произвольной формы из различных программных приложений, таких как MATLAB, LabView, Visual Studio Plus, IVI и SCPI. Память тактируется с максимальной частотой дискретизации, которую поддерживает генератор. Объём памяти определяет максимальное время воспроизведения сигнала. Для определения времени воспроизведения можно воспользоваться простым правилом: нужно разделить объём памяти на частоту дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем быстрее будет расходоваться память.

 

2. Секвенсор

Секвенсор может решить проблему ограниченного объёма памяти, позволяя строить сигнал из отдельных сегментов. Для этого секвенсору нужно извлекать из памяти только ключевые фрагменты сигнала, а не считывать её постоянно. Это можно представить себе так: допустим, вы записываете матч по гольфу. Сколько времени займёт запись, если записывать только те моменты, когда игроки бьют по мячу, а их прогулки и установку мяча не записывать? Секвенсор работает примерно так же, считывая из памяти только переходы сигнала, и не обращаясь к ней, когда сигнал не меняется. Синхронизация поддерживается генератором синхросигнала, который включает воспроизведение в нужные моменты. Синхрособытие может быть внутренним, внешним или поступать из другого генератора.

 

3. Маркеры и синхросигналы

Выходы маркеров нужны для синхронизации внешнего оборудования. Входы синхросигналов используются для изменения режима работы секвенсора, что приводит к подаче на ЦАП сигнала нужной формы. В приложениях, требующих точной синхронизации (например, для создания широкополосных ЛЧМ сигналов) могут использоваться аппаратные или программные синхрособытия. Кроме того, их можно использовать для синхронизации нескольких генераторов, которые надо запускать одновременно.

 

4. Генератор тактовой частоты

Генерация сигнала выполняется под управлением внутреннего или внешнего источника тактовой частоты. Контроллер памяти сохраняет элементы сигнала в памяти, а затем подаёт их в нужном порядке на ЦАП. Контроллер памяти экономит место, зацикливая повторяющиеся элементы, что позволяет записывать такие элементы в память сигнала лишь однократно. Генератор тактовой частоты управляет работой и ЦАПа и секвенсора.

 

5. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Содержимое памяти сигнала считывается в ЦАП. Здесь цифровые значения напряжения преобразуются в аналоговые напряжения. Разрядность ЦАПа непосредственно характеризует вертикальное разрешение генератора сигналов произвольной формы. Чем выше разрядность ЦАПа, тем больше вертикальное разрешение, и тем больше деталей может содержать выходной сигнал. Для достижения большей скорости обновления сигнала по сравнению со скоростью чтения памяти, ЦАПы могут использовать интерполяцию.

 

6. Фильтр нижних частот

Поскольку сигнал на выходе ЦАПа представляет собой последовательность ступенек напряжения, он богат гармониками и требует фильтрации для получения сглаженного синусоидального аналогового сигнала.

 

7. Выходной усилитель

После фильтра сигнал поступает на усилитель. Усилитель контролирует коэффициент усиления и смещение. Это даёт гибкость, необходимую для настройки амплитуды и смещения выходного сигнала в зависимости от конкретного приложения. Например, вам может понадобиться широкий динамический диапазон для сигналов РЛС и спутникового оборудования или широкая полоса для высокоскоростных и когерентных оптических решений.

 

Используйте описанную в этом блоге структурную схему для понимания того, что происходит внутри генератора, и для полного использования его возможностей. Для более глубокого изучения работы генератора сигналов произвольной формы я рекомендую загрузить подробное руководство "Основы генераторов сигналов произвольной формы".

Outcomes