Γεννήτρια σήματος

Οι γεννήτριες σημάτων είναι όργανα εργαστηρίου, που είναι ικανά να παράγουν μια ποικιλία από επαναλαμβανόμενες κυματομορφές. Μια γεννήτρια σήματος, μπορεί να είναι τύπου υψηλών συχνοτήτων RF ή ακουστικών συχνοτήτων.

Η βασική κυματομορφή που μπορεί να παράγει μια γεννήτρια σήματος είναι η ημιτονοειδής, ενώ έχει τη δυνατότητα να παράγει κι άλλες επαναλαμβανόμενες κυματομορφές όπως πριονωτή, τριγωνική και τετραγωνική. Μια δυνατότητα που περιλαμβάνουν πολλές γεννήτριες είναι η ρύθμιση DC offset (μέση τιμή σήματος). Μια απλή γεννήτρια σήματος μπορεί να παράγει κυματομορφές με συχνότητες μέχρι 100kHz, ενώ πιο ακριβά μοντέλα μπορούν να παράγουν έως και 20MHz ή και ακόμα 40MHz.

Δυνατότητες των γεννητριών σήματος

Οι γεννήτριες σήματος έχουν την ικανότητα να παράγουν μια ποικιλία από επαναλαμβανόμενες κυματομορφές όπως οι παρακάτω:

Ημιτονοειδές σήμα: Κάθε γεννήτρια σήματος έχει την δυνατότητα να παράγει την βασική κυματομορφή: το ημιτονοειδές σήμα.

Τετραγωνικό σήμα: Το τετραγωνικό σήμα είναι μια κυματομορφή που μπορεί μια γεννήτρια σήματος εύκολα να παράγει. Το τετραγωνικό σήμα είναι η συνεχείς μετάβαση μεταξύ δυο επιπέδων: “high” και “low”.

Παλμικό σήμα: Η παλμική κυματομορφή είναι ένα άλλο είδος σήματος, που μια γενήτρια σήματος μπορεί να παράγει. Είναι όμοια με την τετραγωνική κυματομορφή, με μόνη διαφορά την αναλογία μεταξύ “low” και “high” δηλαδή η τιμή του duty cycle μπορεί να είναι διαφορετική από 50%

Τριγωνικό σήμα: Σε αυτό το σήμα η μετάβαση μιας “low” και “high” τιμής γίνεται γραμμικά.

Πριονωτό σήμα. Είναι μια τριγωνική κυματομορφή στην οποία η άνοδος γίνεται γρηγορότερα ή πιο αργά από την κάθοδο του σήματος, με αποτέλεσμα να μοιάζει με πριονωτό σχήμα.

Ρυθμίσεις στην γεννήτρια σήματος

Επιπρόσθετα από την επιλογή της κυματομορφής, σε μια γεννήτρια σήματος μπορούμε να επιλέξουμε:

1] Τη συχνότητα: Με την επιλογή της συχνότητας στη γεννήτρια σήματος, μπορούμε να επιλέξουμε τη συχνότητα με την οποία μια κυματομορφή επαναλαμβάνεται.
2] Τύπος κυματομορφής: Με αυτή την επιλογή ορίζουμε την κυματομορφή εξόδου: ημιτονοειδής, τετραγωνική, τριγωνική, πριονωτή.
3] DC offset: Με την επιλογή αυτή ορίζουμε τη μέση τιμή της κυματομορφής ως προς την τάση μηδέν.
4] Duty cycle: Με την επιλογή αυτή ορίζουμε το λόγο του σήματος που έχει τιμή “high” προς την περίοδο του σήματος για μια παλμική κυματομορφή.

Τύποι γεννητριών σήματος

Ανάλογα με το πως είναι κατασκευασμένα τα κυκλώματα της γεννήτριας διακρίνουμε δυο τύπους:

Αναλογικές γεννήτριες σήματος. Είναι ο πρώτος τύπος γεννήτριας σήματος που αναπτύχθηκε. Τα πρώτα μοντέλα εμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 50, όταν η ψηφιακή τεχνολογία δεν ήταν διαδεδομένη. Παρά το γεγονός ότι χρησιμοποιούν αναλογική τεχνολογία, προσφέρουν μια σειρά από πλεονεκτήματα. Οι αναλογικές γεννήτριες έχουν άριστη σχέση κόστους – απόδοσης, είναι απλές στην χρήση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα. Δεν έχουν άνω όριο στη συχνότητα για μη ημιτονοειδές κυματομορφές, όπως έχουν οι ψηφιακές γεννήτριες σήματος.

Ψηφιακές γεννήτριες σήματος. Όπως εννοεί το όνομα τους, οι ψηφιακές γεννήτριες σήματος, χρησιμοποιούν ψηφιακή τεχνολογία για την παραγωγή των κυματομορφών. Υπάρχουν αρκετοί τρόποι υλοποίησης μιας ψηφιακής γεννήτριας σήματος, αλλά ο πιο διαδεδομένος τρόπος είναι η άμεση ψηφιακή σύνθεση DDS.

Ο DDS τρόπος χρησιμοποιεί ένα καταχωρητή, ένα look-up πίνακα που περιέχει την ψηφιακή αναπαράστασης της κυματομορφής και ένα μετατροπέα από ψηφιακό σε αναλογικό DAC. Ο καταχωρητής αυξάνει κατά ένα το περιεχόμενο του κάθε φορά που λαμβάνει ένα παλμό ρολογιού και διαμέσου του look-up πίνακα παίρνουμε την ψηφιακή τιμή της κυματομορφής σε εκείνη την χρονική στιγμή. Το αποτέλεσμα τροφοδοτεί τον μετατροπέα DAC όπου παίρνουμε την αναλογική μορφή της κυματομορφής.

Οι ψηφιακές γεννήτριες σήματος, παρέχουν υψηλά επίπεδα ακριβείας και σταθερότητας για το λόγο ότι οι παλμοί ρολογιού παράγονται από κρυσταλλικό ταλαντωτή. Μια ψηφιακή γεννήτρια σήματος, παρέχει χαμηλού θορύβου κυματομορφές και το σήμα εξόδου μπορεί να οριστεί από μια ευρεία περιοχή συχνοτήτων, σε αντίθεση από μια αναλογική γεννήτρια σήματος.

Το μειονέκτημα μιας ψηφιακής γεννήτριας σήματος είναι ότι αποτελείται από πολύπλοκα ψηφιακά κυκλώματα, απαιτεί ένα υψηλής απόδοσης μετατροπέα DAC και καλό σχεδιασμό των κυκλωμάτων της, που αυτό οδηγεί σε αυξημένο κόστος παραγωγής της.

Arbitrary γεννήτρια σήματος

Η Arbitrary γεννήτρια σήματος είναι ένα όργανο εργαστηρίου, το οποίο μπορεί εικονικά να παράγει οποιαδήποτε κυματομορφή επαναλαμβανόμενη ή μη. Μια Arbitrary γεννήτρια λειτουργεί, αφού πρώτα της αποθηκεύσουμε ψηφιακά την επιθυμητή κυματομορφή με ένα πίνακα σημείων.

Δυο από τα χαρακτηριστικά μιας Arbitrary γεννήτριας είναι η ανάλυση και η ταχύτητα της, που και τα δυο ορίζουν την ακρίβεια της παραγόμενης κυματομορφής. Η ανάλυση πλάτους αντανακλάται στην ανάλυση του μετατροπέα από ψηφιακό σε αναλογικό και ορίζεται με τον αριθμό των bits. Μια 12 bit ανάλυση, παρέχει 4096 βήματα πλάτους. Η ταχύτητα λειτουργίας της γεννήτριας είναι και αυτή σημαντική.

Η συχνότητα της κυματομορφής εξόδου ορίζεται από τον αριθμό δειγμάτων που την αποτελούν και τη μέγιστη συχνότητα του ρολογιού. Για παράδειγμα εάν μια Arbitrary γεννήτρια έχει μέγιστη συχνότητα ρολογιού 25MHz και η κυματομορφή αποτελείται από 1000 δείγματα, τότε η μέγιστη συχνότητα της κυματομορφής εξόδου είναι 25kHz. Αν θέλουμε μεγαλύτερη συχνότητα της κυματομορφής εξόδου, τότε θα πρέπει να μειώσουμε τον αριθμό των δειγμάτων και αν αυτό δεν είναι αρκετό, να αυξήσουμε τη συχνότητα ρολογιού της arbitrary γεννήτριας.