Thường thì nguồn của tín hiệu là một phần nào đó của mạch mà bạn đang làm việc. Nhưng đối với mục đích thử nghiệm, nguồn tín hiệu linh hoạt là vô giá. Chúng có ba loại: bộ tạo tín hiệu, bộ tạo xung và bộ tạo chức năng
Sự khác biệt giữa Bộ tạo tín hiệu RF, Bộ tạo chức năng, Bộ tạo dạng sóng tùy ý và Bộ tạo xung là gì?
Nguồn tín hiệu là một thành phần quan trọng trong nhiều hệ thống thử nghiệm và được thiết kế để cung cấp nguồn tín hiệu “sạch” hoặc gần lý tưởng để các biến dạng không ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Các nguồn tín hiệu cũng được sử dụng để mô phỏng các kích thích trong thế giới thực nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị trong môi trường thực tế. Có nhiều loại nguồn tín hiệu, mỗi loại có khả năng và hạn chế riêng. Việc chọn đúng nguồn tín hiệu có thể gây nhầm lẫn vì các nguồn tín hiệu có khả năng và tính năng chồng chéo. Ví dụ: bộ tạo dạng sóng tùy ý (AWG) có thể thay thế bộ tạo tín hiệu RF không? Bạn có thể sử dụng bộ tạo hàm thay cho bộ tạo xung không? Chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi này trong bài viết này.
Các loại nguồn tín hiệu
Có một số loại nguồn tín hiệu tạo ra tín hiệu điện để thử nghiệm. Có bộ tạo tín hiệu RF, thường được gọi là bộ tạo tín hiệu, để thử nghiệm không dây và bộ tạo chức năng, cho các ứng dụng tần số thấp. Ngoài ra, AWG rất hữu ích cho các ứng dụng có mục đích chung và bộ tạo xung lý tưởng cho truyền thông kỹ thuật số tốc độ cao. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng nguồn tín hiệu này.
Máy phát tín hiệu RF
Bộ tạo tín hiệu RF, hoặc bộ tạo tín hiệu, là nguồn phát ra tín hiệu RF (được định nghĩa một cách đơn giản là 20 kHz đến 300 GHz). Tín hiệu RF thường là dạng sóng hình sin ở tần số và biên độ xác định. Bộ tạo tín hiệu có thể điều chỉnh dạng sóng hình sin này (tức là tín hiệu sóng mang) để mang thông tin bằng cách sử dụng sơ đồ điều chế tần số, điều chế biên độ và điều chế pha. Các bộ tạo tín hiệu vector tiên tiến có khả năng thực hiện các sơ đồ điều chế IQ phức tạp cho các định dạng điều chế kỹ thuật số khác nhau.
Máy tạo dạng sóng tùy ý
AWG lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào những năm 1980 khi các công nghệ truyền thông công cụ, bộ nhớ và chuyển đổi dữ liệu có sẵn đã biến chúng thành hiện thực. Các lĩnh vực ứng dụng chính là điều chế IQ, radar, phương tiện lưu trữ từ tính và thử nghiệm thiết bị. Dạng sóng trong AWG thường được định nghĩa là một loạt các điểm tham chiếu theo thời gian. Do đó, không có giới hạn đối với loại dạng sóng mà AWG có thể tạo ra. Do hiệu suất của Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) được cải thiện, AWG có thể được sử dụng thay cho các bộ tạo tín hiệu trong đó độ tinh khiết của quang phổ và công suất không phải là mối quan tâm chính. AWG có băng thông tần số nằm trong khoảng từ 500 MHz đến 25 GHz.
Máy phát chức năng
Theo truyền thống, các bộ tạo chức năng là nguồn tín hiệu phổ biến nhất. Chúng có khả năng tạo ra một tập hợp dạng sóng giới hạn (hình sin, hình vuông, hình tam giác, v.v.) và người dùng có thể điều chỉnh nhiều đặc điểm của chúng như tần số, biên độ, độ lệch DC, chu kỳ hoạt động và tính đối xứng. Nhiều bộ tạo chức năng thực hiện điều chế cơ bản bên trong hoặc bên ngoài, chẳng hạn như Điều chế biên độ (AM), Điều chế xung (PM) và Điều chế tần số (FM) và một số trong số chúng thậm chí có thể quét tần số đầu ra trong phạm vi mong muốn. Không giống như AWG, băng thông tần số của bộ tạo chức năng nằm trong phạm vi hàng trăm MHz.
Máy phát xung
Bộ tạo xung có thể cung cấp một chuỗi xung với các tham số có thể điều khiển được như Tần số lặp lại xung (PRF), thời lượng xung và điện áp “cao” và “thấp”. Vị trí cạnh và thời gian tăng/giảm có thể được kiểm soát, đôi khi độc lập trong một số thiết bị, do đó có thể mô phỏng rung pha hoặc Biến dạng chu kỳ làm việc (DCD). Các bộ tạo xung hiện đại không bị giới hạn ở một chuỗi xung lặp đi lặp lại, nhưng chúng có thể tạo ra một chuỗi “1” và “0” được xác định trước để trở thành bộ tạo dữ liệu nối tiếp và song song thực sự. Theo truyền thống, một số tham số định thời của xung chẳng hạn như thời gian tăng/giảm hoặc jitter được điều khiển bằng cách sử dụng mạch tương tự.
Bạn nên sử dụng nguồn tín hiệu nào?
Việc chọn đúng nguồn tín hiệu tùy thuộc vào loại ứng dụng bạn đang sử dụng. Với những cải tiến về công nghệ, ranh giới giữa các khả năng của thiết bị bắt đầu mờ đi. Có nhiều trường hợp có thể sử dụng một số loại nguồn tín hiệu. Trong những trường hợp như thế này, quyết định phụ thuộc vào tính dễ sử dụng, ngân sách được phân bổ và các ứng dụng trong tương lai. Hãy xem xét một số ứng dụng phổ biến để có ý tưởng về những cân nhắc khi chọn đúng công cụ.
Kỹ thuật số tốc độ cao
Bộ tạo xung được sử dụng để tạo các nguồn đồng hồ, xung, dữ liệu, mẫu và chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) cho tất cả các ứng dụng lên đến 3,35 GHz. Bộ tạo xung cho phép bạn tạo các mẫu dữ liệu dài cần thiết để kiểm tra các giao diện tốc độ cao, như PCI Express hoặc Serial ATA, v.v. Khả năng chèn jitter cho phép bạn tiến hành kiểm tra khả năng chịu jitter. Các ứng dụng mục tiêu của bộ tạo xung bao gồm đặc tính lớp vật lý, tính toàn vẹn của tín hiệu và kiểm tra jitter. Mặc dù AWG có khả năng tạo xung nhị phân, nhưng nó không thể phù hợp với khả năng của bộ tạo xung trong việc tạo các mẫu dữ liệu dài, điều khiển jitter chính xác và điều khiển thời gian tăng/giảm chính xác.
Bộ tạo xung là nguồn lý tưởng cho các ứng dụng sau:
- Các phép đo sơ đồ mắt mô phỏng
- Các phép đo trao đổi chéo
- kiểm tra tuân thủ
- kiểm tra jitter
- Các phép đo tính toàn vẹn của tín hiệu
- Kiểm tra căng thẳng cho người nhận
Không dây
Bộ tạo tín hiệu RF được sử dụng khi độ tinh khiết của quang phổ là quan trọng. Mặc dù nhiều máy phát có khả năng quét tần số đầu ra và cung cấp điều chế tương tự cơ bản, nhưng chúng không có khả năng tạo ra điều biến lưỡng cực được sử dụng để kiểm tra chức năng của các hệ thống liên lạc vô tuyến hiện đại. Bộ tạo tín hiệu vectơ tiên tiến (VSG) cho phép điều chế lưỡng cực của hai sóng mang bậc hai (lệch pha 90º) để có thể đạt được bất kỳ trạng thái điều chế biên độ/pha nào thông qua hai tín hiệu dải cơ sở, được gọi là các thành phần I (In-Phase) và Q (Cầu phương).
Với những tiến bộ trong công nghệ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, AWG với tốc độ lấy mẫu gần 100 GSa/s hiện đã có sẵn trên thị trường. Với tốc độ lấy mẫu cao, băng thông tương tự rộng và hiệu suất độ tinh khiết phổ cao, AWG đã thay thế thành công bộ tạo tín hiệu RF trong một số lĩnh vực ứng dụng.
Tuy nhiên, bộ tạo tín hiệu RF vẫn có một số ưu điểm so với AWG hiện đại:
- Dải động tốt hơn và triệt tiêu nhiễu ngoài dải
- Hiệu suất nhiễu pha tốt hơn
- Dải công suất đầu ra chính xác hơn và rộng hơn
- Khả năng điều chỉnh tần số sóng mang dễ dàng mà không cần tính toán lại dạng sóng
- Đầu vào điều chế bên ngoài cho tín hiệu I/Q tùy chỉnh
- Mạch điều khiển mức tự động để đạt được độ chính xác biên độ cao hơn
Việc tạo tín hiệu vectơ truyền thống dựa trên các AWG hai kênh để tạo tín hiệu băng cơ sở cầu phương (I và Q).
Các AWG tốc độ cao hiện đại có thể trực tiếp tạo ra một hoặc nhiều tín hiệu được điều chế khác nhau
Tần số thấp
Bộ tạo chức năng, còn được gọi là bộ tạo dạng sóng, là nguồn tín hiệu linh hoạt. Chúng rất đơn giản để sử dụng và nhanh chóng để thiết lập. Bộ tạo chức năng lý tưởng để tạo tín hiệu tần số thấp khi bạn cần một nguồn “đủ tốt” cho các nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm của mình. Bộ tạo chức năng cũng có thể tạo các dạng sóng tùy ý như xung tim, tiếng ồn ngẫu nhiên, rung động cơ học và tín hiệu âm thanh. Kết hợp điều đó với một mức giá thấp và bạn sẽ có được mức hiệu suất phù hợp với mức giá phù hợp. Nếu bạn cần các tín hiệu tần số thấp từ 100 MHz trở xuống, bạn sẽ không bị sai khi sử dụng bộ tạo chức năng.
Mô phỏng đời thực
AWG được sử dụng trong nhiều ứng dụng để mô phỏng các tình huống thực tế như thử nghiệm radar và thông tin liên lạc quang học. Mặc dù AWG là tín hiệu linh hoạt nhưng chúng không phải là tín hiệu dễ sử dụng nhất. Cần có các công cụ tạo dạng sóng khi sử dụng AWG và độ phức tạp của chúng có thể quá sức. Tính dễ sử dụng là yếu tố quan trọng cần cân nhắc nếu bạn dự định sử dụng AWG thay vì bộ tạo tín hiệu thông thường trong thử nghiệm của mình.
Phần kết luận
Sự khác biệt giữa các nguồn tín hiệu đang bắt đầu mờ đi với những cải tiến trong phần mềm và công nghệ Digital-to-Analog (DAC). Chọn đúng nguồn tín hiệu cho ứng dụng của bạn không còn là chuyện đơn giản nữa. Thông số kỹ thuật là một cân nhắc quan trọng khi lựa chọn nhạc cụ phù hợp. Tuy nhiên, tính dễ sử dụng, chi phí và loại phần mềm cũng sẽ thông báo quyết định của bạn.
