Hiểu chính xác bộ tạo chức năng là gì, cách chúng được sử dụng và cách chúng tạo ra các dạng sóng có hình dạng phổ biến: sin, vuông, xung, tam giác, v.v. . . .
Bộ tạo chức năng là một dạng cụ thể của bộ tạo tín hiệu có khả năng tạo ra các dạng sóng có hình dạng phổ biến.
Không giống như các bộ tạo RF và một số loại khác chỉ tạo ra sóng hình sin, bộ tạo chức năng có thể tạo ra các dạng sóng lặp đi lặp lại với một số hình dạng phổ biến.
Đặc biệt, nó có thể được chế tạo để trở thành bộ tạo sóng hình sin, bộ tạo sóng vuông và bộ tạo sóng tam giác.
Ngoài ra, một bộ tạo chức năng có thể thay đổi các đặc tính của dạng sóng, thay đổi độ dài của xung, tức là tỷ lệ không gian đánh dấu hoặc đường dốc của các cạnh khác nhau của dạng sóng tam giác hoặc răng cưa.
Bộ tạo hàm chỉ có thể tạo các dạng sóng được tích hợp sẵn trong bộ tạo hàm. Nó không thể được lập trình để tạo các dạng sóng bổ sung – một bộ tạo dạng sóng tùy ý, AWG là cần thiết cho việc này.
Ngoài việc chỉ tự tạo ra các dạng sóng, loại thiết bị kiểm tra này còn có khả năng thêm phần bù DC vào tín hiệu. Điều này có thể rất hữu ích trong một số ứng dụng thử nghiệm.
Thông thường, các bộ tạo chức năng chỉ có thể hoạt động ở tần số tương đối thấp, một số chỉ hoạt động ở tần số khoảng 100kHz, mặc dù các thiết bị kiểm tra đắt tiền hơn có thể hoạt động ở tần số cao hơn, lên đến 20 hoặc 30 MHz.
Một điều thú vị cần lưu ý là nhiều máy hiện sóng hiện nay bao gồm một bộ tạo chức năng – điều này có thể được đưa vào khá dễ dàng trong nhiều thiết kế và do đó các nhà sản xuất tin rằng điều này sẽ mang lại cho sản phẩm của họ thêm chức năng và sự hấp dẫn.
Khả năng tạo chức năng
Tên của bộ tạo chức năng xuất phát từ thực tế là nó có thể tạo ra một số chức năng hoặc dạng sóng khác nhau.
Máy phát hàm có khả năng tạo ra nhiều dạng sóng lặp đi lặp lại thường được sử dụng. Các dạng sóng được tạo ra nói chung sẽ là sóng hình sin, sóng vuông, răng cưa, xung, v.v.
Với bộ tạo chức năng, không có khả năng tạo dạng sóng do người dùng tạo, vì khi đó nó sẽ trở thành bộ tạo dạng sóng tùy ý.
- Sóng hình sin: Thông thường, một bộ tạo hàm sẽ có thể hoạt động như một bộ tạo sóng hình sin. Đây là dạng sóng chuẩn dao động giữa hai mức có dạng hình sin chuẩn. Sử dụng bộ tạo chức năng làm bộ tạo sóng hình sin là một trong những ứng dụng được sử dụng phổ biến hơn. Sóng hình sin được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thử nghiệm.
- Sóng vuông: Một dạng sóng khác được sử dụng rộng rãi là sóng vuông. Nó bao gồm một tín hiệu di chuyển trực tiếp giữa mức cao và mức thấp. Được sử dụng như một bộ tạo sóng vuông, thiết bị kiểm tra này cung cấp một nguồn dạng sóng kỹ thuật số cơ bản rất hữu ích.
- Xung: Dạng sóng xung là một loại khác có thể được tạo ra bởi bộ tạo chức năng. Nó thực sự giống như sóng vuông, nhưng với tỷ lệ không gian đánh dấu rất khác với 1:1. Dạng dạng sóng này lại thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật số.
- Sóng tam giác: Dạng tín hiệu này do bộ tạo hàm tạo ra di chuyển tuyến tính giữa điểm cao và điểm thấp. Dạng dạng sóng này thường được tạo bằng cách sử dụng bộ khuếch đại hoạt động đóng vai trò là bộ tích hợp. Bộ tạo dạng sóng hình tam giác thường cũng có đầu ra sóng vuông và nó được sử dụng làm cơ sở để tạo ra tất cả các dạng sóng trong thiết bị kiểm tra bộ tạo hàm.
Dạng sóng hình tam giác thường được sử dụng trong thử nghiệm bộ khuếch đại – việc nhìn thấy biến dạng và cắt xén trên dạng sóng tam giác dễ dàng hơn nhiều so với dạng sóng hình sin.
- Sóng răng cưa: Một lần nữa, đây là dạng sóng tam giác, nhưng với cạnh tăng của dạng sóng nhanh hơn hoặc chậm hơn so với giảm, tạo thành một dạng có hình dạng tương tự như răng cưa. Nó được tạo ra bởi cùng một mạch với dạng sóng tam giác, nhưng với thời gian tăng và giảm khác nhau được tạo ra bằng cách thay đổi tốc độ sạc cho các phần tử tăng và giảm của bộ tích hợp.
Đây là những dạng sóng cơ bản được tạo ra trong một thiết bị kiểm tra bộ tạo chức năng. Các dạng sóng này đáp ứng hầu hết nhu cầu kiểm định một số hạng mục. Khi cần có các dạng sóng chuyên biệt, thì cần có một bộ tạo dạng sóng tùy ý.
Để tìm hiểu thêm về các dạng sóng này, hãy xem video bên dưới bao gồm các dạng sóng chính được tạo bởi các bộ tạo chức năng.
Điều khiển bộ tạo chức năng
Ngoài việc lựa chọn các dạng sóng cơ bản có sẵn, các điều khiển khác trên bộ tạo chức năng có thể bao gồm:
- Tần số: Như mong đợi, điều khiển này thay đổi tần số cơ bản mà dạng sóng lặp lại. Nó không phụ thuộc vào dạng sóng.
- Loại dạng sóng: Điều này cho phép chọn các loại dạng sóng cơ bản khác nhau:
- Sóng hình sin
- Sóng vuông
- Sóng tam giác
- Độ lệch DC: Điều này làm thay đổi điện áp trung bình của tín hiệu so với 0V hoặc mặt đất.
- Chu kỳ nhiệm vụ: Điều khiển này trên bộ tạo chức năng thay đổi tỷ lệ thời gian giữa điện áp cao và điện áp thấp trong tín hiệu sóng vuông, nghĩa là thay đổi dạng sóng từ sóng vuông với chu kỳ nhiệm vụ 1:1 thành dạng sóng xung hoặc dạng sóng tam giác với thời gian tăng và giảm bằng nhau đối với răng cưa.
Sử dụng bộ tạo chức năng
Bộ tạo chức năng thường được sử dụng trong các bộ phận phát triển điện tử, thử nghiệm sản xuất và dịch vụ. Chúng cung cấp một dạng tạo dạng sóng linh hoạt có thể được sử dụng trong nhiều thử nghiệm.
Những công cụ kiểm tra này rất linh hoạt và không được coi là công cụ chuyên dụng. Mặc dù chúng thường có thể tạo tín hiệu ở mức thấp của phổ RF, nhưng thông thường, một bộ tạo RF cụ thể sẽ được sử dụng, trừ khi không có sẵn.
Ngoài ra, chúng thường không được sử dụng để kiểm tra hiệu suất âm thanh vì mức độ biến dạng trên các đường hình sin thường được sử dụng sẽ có mức độ biến dạng cao hơn mức độ mà các thử nghiệm này đôi khi yêu cầu. Một con số điển hình cho biến dạng sóng hình sin có thể là khoảng 1%.
Nếu cần độ ổn định tần số rất cao, mười trong số các thiết bị thử nghiệm này cho phép tín hiệu đầu ra được khóa pha với nguồn khác.
Các loại bộ tạo hàm
Có một số cách thiết kế các mạch tạo chức năng. Tuy nhiên, có hai cách tiếp cận chính có thể được sử dụng:
- Bộ tạo chức năng tương tự: Loại bộ tạo chức năng này là loại đầu tiên được phát triển. Những mẫu đầu tiên xuất hiện vào đầu những năm 1950 khi công nghệ kỹ thuật số chưa được sử dụng rộng rãi.
Mặc dù thực tế là chúng sử dụng công nghệ tương tự, nhưng các bộ tạo chức năng tương tự này mang lại một số lợi thế:- Hiệu quả về chi phí: Các bộ tạo chức năng tương tự rất tiết kiệm chi phí, nằm ở mức giá thấp nhất trong phạm vi giá của bộ tạo chức năng.
- Sử dụng đơn giản: Các bộ tạo hàm tương tự cung cấp một công cụ kiểm tra hiệu quả có thể đáp ứng hầu hết các nhu cầu của người dùng, trong khi vẫn đơn giản và dễ sử dụng.
- Tần số tối đa: Các bộ tạo chức năng tương tự không có các giới hạn tần số cao đối với các dạng sóng không phải hình sin như tam giác và dốc như đối với các bộ tạo chức năng kỹ thuật số.
- Bộ tạo hàm kỹ thuật số: Như tên gọi, bộ tạo hàm kỹ thuật số sử dụng công nghệ kỹ thuật số để tạo ra các dạng sóng. Có một số cách để thực hiện điều này, nhưng kỹ thuật linh hoạt nhất và được sử dụng rộng rãi nhất cho các bộ tạo hàm số là sử dụng tổng hợp số trực tiếp, DDS.
DDS sử dụng bộ tích lũy pha, bảng tra cứu chứa biểu diễn kỹ thuật số của dạng sóng và DAC. Bộ tích lũy pha di chuyển một vị trí khác mỗi khi nó nhận được xung đồng hồ. Vị trí tiếp theo trong bảng tra cứu sau đó được truy cập để cung cấp giá trị kỹ thuật số cho dạng sóng tại điểm đó. Giá trị kỹ thuật số này sau đó được chuyển đổi thành giá trị tương tự bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, DAC.
Bộ tạo chức năng kỹ thuật số có thể cung cấp mức độ chính xác và ổn định cao vì đồng hồ cho hệ thống được điều khiển bằng tinh thể. Ngoài ra, các bộ tạo chức năng kỹ thuật số cung cấp độ tinh khiết quang phổ cao và nhiễu pha thấp. Bộ tạo chức năng kỹ thuật số dựa trên DDS cũng có thể được quét qua dải tần số rộng hơn nhiều so với bộ tạo chức năng tương tự. Nó cũng có thể thực hiện một số chức năng khác như nhảy tần liên tục theo pha do hoạt động của bộ tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp.
Nhược điểm của các bộ tạo chức năng kỹ thuật số là chúng toàn diện hơn so với các bộ tạo chức năng tương tự của chúng, chúng yêu cầu một DAC hiệu suất cao và mạch kỹ thuật số khác và điều này có nghĩa là chúng đắt hơn và cũng phức tạp hơn để khởi kiện do chức năng bổ sung của chúng. - Bộ tạo chức năng quét: Bộ tạo chức năng quét đơn giản là bộ tạo có thể quét tần số của nó. Thông thường, các bộ tạo chức năng quét linh hoạt hơn sử dụng công nghệ kỹ thuật số, nhưng cũng có thể sử dụng các phiên bản tương tự.
Trình tạo chức năng quét có thể quét trên phạm vi lên tới 100:1 hoặc hơn, mặc dù điều này phụ thuộc rất nhiều vào loại trình tạo thực tế được đề cập. Tốc độ quét cũng có thể quan trọng. Một tính năng khác có thể quan trọng là liệu quá trình quét là tuyến tính hay logarit. Một số trình tạo chức năng có thể có một công tắc cho việc này.
Hầu hết các bộ tạo chức năng hiện tại đều áp dụng cách tiếp cận kỹ thuật số để tạo dạng sóng. Một số bộ tạo hàm cũ hơn có thể sử dụng các kỹ thuật tương tự, nhưng không có khả năng bất kỳ bộ tạo hàm mới nào sẽ sử dụng.
Định dạng trình tạo chức năng
Có một số hình thức mà bộ tạo chức năng có thể thực hiện. Với công nghệ kỹ thuật số hiện đại, có nhiều định dạng cho loại thiết bị kiểm tra này.
Định dạng cho bộ tạo hàm sẽ phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm phương pháp tiếp cận sẽ được áp dụng để thử nghiệm và môi trường mà nó sẽ bị kiện – thử nghiệm trên giá đỡ, thử nghiệm trên băng ghế dự bị hoặc máy tính đi kèm có sẵn để điều khiển hay không.
- Dụng cụ thử nghiệm để bàn: Dạng máy phát hàm được sử dụng rộng rãi nhất trong phòng thí nghiệm là dụng cụ thử nghiệm được chứa trong hộp đặt trên băng ghế trong phòng thí nghiệm. Thiết bị kiểm tra này chứa nguồn điện, điều khiển, màn hình và tất nhiên là đầu nối đầu ra.
- Dụng cụ kiểm tra dựa trên giá đỡ: Một định dạng khác mà loại thiết bị kiểm tra này có thể sử dụng là một mô-đun trong hệ thống giá đỡ như PXI. Dựa trên PCI, hệ thống giá đỡ PXI đã được phát triển dành riêng cho các ứng dụng thử nghiệm và bao gồm một khe cắm cho bộ điều khiển hoặc liên kết với máy tính. Khe cắm thẻ thiết bị thử nghiệm vào khung máy, cho phép tạo hệ thống thử nghiệm để đáp ứng nhu cầu của ứng dụng thử nghiệm cụ thể được yêu cầu. Thẻ dụng cụ thử nghiệm có thể bao gồm bất kỳ loại dụng cụ thử nghiệm nào bao gồm vôn kế, máy hiện sóng và tất nhiên là bộ tạo chức năng
- Bộ tạo chức năng USB: Một số bộ tạo chức năng nhỏ có sẵn dưới dạng công cụ kiểm tra dựa trên USB. Chúng chứa lõi của bộ tạo chức năng bên trong mô-đun kết nối với máy tính thông qua kết nối USB. Cách tiếp cận này có nghĩa là các giao diện nguồn và điều khiển có thể sử dụng PC thay vì tốn chi phí và không gian cần thiết để cung cấp những thứ này trong một hộp lớn hơn cho thiết bị thử nghiệm.
- Bộ tạo chức năng dựa trên máy tính: Một cách tiếp cận khác là sử dụng phần mềm dựa trên máy tính để cung cấp các dạng sóng cần thiết, sau đó sử dụng thẻ kỹ thuật số của đầu ra âm thanh của máy tính cho tín hiệu. Mặc dù rất rẻ nhưng thiết bị này có thể không có khả năng đầu ra và độ chính xác của các loại thiết bị kiểm tra khác. Ngoài ra, nếu đầu ra bị hỏng do thử nghiệm và có thể do kết nối sai, v.v. thì việc sửa chữa có thể tốn kém.
Máy phát chức năng thường rất dễ vận hành. Với công nghệ xử lý hiện đại thường được đưa vào, điều này mang đến khả năng có nhiều tính năng bổ sung bao gồm khả năng vận hành dễ dàng và điều khiển từ xa thông qua một hoặc nhiều tiêu chuẩn có sẵn.
Có nhiều loại máy phát chức năng tốt cho một số nhà sản xuất khác nhau và cũng thông qua một số nhà phân phối khác nhau. Chi phí thường khá hợp lý vì chúng thường khá đơn giản và không yêu cầu các thành phần tần số rất cao. Các công cụ kiểm tra này có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số. Những thiết bị tương tự có xu hướng sử dụng các bộ khuếch đại hoạt động làm cơ sở của thiết kế, nhưng những thiết bị kỹ thuật số có thể sử dụng một số hình thức tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp.
