Un generador de señales pertenece a una clase de dispositivos electrónicos que genera señales eléctricas con propiedades establecidas de amplitud, frecuencia y forma de onda. Estas señales generadas se utilizan como estímulo para mediciones electrónicas, normalmente utilizadas en el diseño, prueba, resolución de problemas y reparación de dispositivos electrónicos o electroacústicos, aunque a menudo también tienen usos artísticos. [1]
Existen muchos tipos diferentes de generadores de señales con diferentes propósitos y aplicaciones y con distintos niveles de costo. Estos tipos incluyen generadores de funciones , generadores de señales de RF y microondas, generadores de tono, generadores de formas de onda arbitrarias , generadores de patrones digitales y generadores de frecuencia. En general, ningún dispositivo es adecuado para todas las aplicaciones posibles.
Un generador de señales puede ser tan simple como un oscilador con frecuencia y amplitud calibradas. Los generadores de señales de uso más general permiten el control de todas las características de una señal. Los generadores de señales modernos de uso general tendrán un control por microprocesador y también pueden permitir el control desde una computadora personal. Los generadores de señales pueden ser instrumentos autónomos o pueden incorporarse a sistemas de prueba automáticos más complejos.
En junio de 1928, General Radio 403 fue el primer generador de señales comercial jamás comercializado. Admitía un rango de frecuencia de 500 Hz a 1,5 MHz. [2] Asimismo, en abril de 1929, General Radio comercializó el primer estándar de frecuencia comercial con una frecuencia de 50 KHz. [3]
Un generador de funciones es un dispositivo que produce formas de onda repetitivas simples . Dichos dispositivos contienen un oscilador electrónico , un circuito que es capaz de crear una forma de onda repetitiva . (Los dispositivos modernos pueden utilizar el procesamiento de señales digitales para sintetizar formas de onda, seguido de un convertidor de digital a analógico , o DAC, para producir una salida analógica). La forma de onda más común es una onda sinusoidal , pero de diente de sierra , escalonada ( pulso ), cuadrada , y los osciladores de forma de onda triangular están comúnmente disponibles, al igual que los generadores de forma de onda arbitraria (AWG). Si el oscilador opera por encima del rango de audición humana (>20 kHz ), el generador a menudo incluirá algún tipo de función de modulación , como modulación de amplitud (AM), modulación de frecuencia (FM) o modulación de fase (PM), así como un segundo Oscilador que proporciona una forma de onda de modulación de frecuencia de audio .
Un generador de formas de onda arbitrarias (AWG o ARB) es un generador de señales sofisticado que genera formas de onda arbitrarias dentro de los límites publicados de rango de frecuencia , precisión y nivel de salida. A diferencia de un generador de funciones que produce un pequeño conjunto de formas de onda específicas, un AWG permite al usuario especificar una forma de onda fuente de diferentes maneras. Un AWG es generalmente más caro que un generador de funciones y suele tener menos ancho de banda. Un AWG se utiliza en aplicaciones de prueba y diseño de alto nivel.
Los generadores de señales de RF (radiofrecuencia) y microondas se utilizan para probar componentes, receptores y sistemas de prueba en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas comunicaciones celulares, WiFi , WiMAX , GPS , transmisión de audio y video, comunicaciones por satélite, radar y guerra electrónica . Los generadores de señales de RF y microondas normalmente tienen características y capacidades similares, pero se diferencian por el rango de frecuencia. Los generadores de señales de RF suelen oscilar entre unos pocos kHz y 6 GHz, mientras que los generadores de señales de microondas cubren un rango de frecuencia mucho más amplio, desde menos de 1 MHz hasta al menos 20 GHz. Algunos modelos llegan hasta 70 GHz con una salida coaxial directa y hasta cientos de GHz cuando se utilizan con módulos multiplicadores de guía de ondas externos. Los generadores de señales de RF y microondas se pueden clasificar además como generadores de señales analógicas o vectoriales.
Los generadores de señales analógicas basados en un oscilador de onda sinusoidal eran comunes antes de la aparición de la electrónica digital y todavía se utilizan. Había una marcada distinción en el propósito y diseño de los generadores de señales de radiofrecuencia y audiofrecuencia.
Los generadores de señales RF producen señales de radiofrecuencia de onda continua de amplitud y frecuencia definidas y ajustables. Muchos modelos ofrecen varios tipos de modulación analógica, ya sea como equipo estándar o como capacidad opcional de la unidad base. Esto podría incluir AM , FM , ΦM (modulación de fase) y modulación de pulso . Una característica común es un atenuador para variar la potencia de salida de la señal. Dependiendo del fabricante y modelo, las potencias de salida pueden oscilar entre −135 y +30 dBm. Es deseable una amplia gama de potencia de salida, ya que diferentes aplicaciones requieren diferentes cantidades de potencia de señal. Por ejemplo, si una señal tiene que viajar a través de un cable muy largo hasta una antena, es posible que se necesite una señal de salida alta para superar las pérdidas a través del cable y aún tener suficiente energía en la antena. Pero cuando se prueba la sensibilidad del receptor, se requiere un nivel de señal bajo para ver cómo se comporta el receptor en condiciones de baja señal/ruido.
Los generadores de señales de RF están disponibles como instrumentos de mesa, instrumentos de montaje en bastidor, módulos integrables y en formatos de nivel de tarjeta. Las aplicaciones móviles, de pruebas de campo y aéreas se benefician de plataformas más livianas que funcionan con baterías. En las pruebas automatizadas y de producción, el acceso al navegador web, que permite el control de múltiples fuentes, y velocidades de conmutación de frecuencia más rápidas mejoran los tiempos y el rendimiento de las pruebas.
Los generadores de señales de RF son necesarios para dar servicio y configurar receptores de radio y se utilizan para aplicaciones de RF profesionales.
Los generadores de señales de RF se caracterizan por sus bandas de frecuencia, capacidades de potencia (−100 a +25 dBc), ruido de fase de banda lateral única en varias frecuencias portadoras, espuelas y armónicos, velocidades de conmutación de frecuencia y amplitud y capacidades de modulación.
Los generadores de señales de audiofrecuencia generan señales en el rango de audiofrecuencia y superiores. Un ejemplo temprano fue el oscilador de audio HP200A , el primer producto vendido por Hewlett-Packard Company en 1939. Las aplicaciones incluyen la verificación de la respuesta de frecuencia de equipos de audio y muchos usos en el laboratorio electrónico.
La distorsión del equipo se puede medir utilizando un generador de audio de muy baja distorsión como fuente de señal, con el equipo adecuado para medir la distorsión de salida armónico por armónico con un analizador de ondas , o simplemente la distorsión armónica total . Se puede lograr una distorsión del 0,0001% mediante un generador de señal de audio con un circuito relativamente simple. [4]
Con la llegada de los sistemas de comunicaciones digitales, ya no es posible probar adecuadamente estos sistemas con generadores de señales analógicas tradicionales. Esto ha llevado al desarrollo del generador vectorial de señales, también conocido como generador de señales digitales. Estos generadores de señales son capaces de generar señales de radio moduladas digitalmente que pueden utilizar cualquiera de una gran cantidad de formatos de modulación digital como QAM , QPSK , FSK , BPSK y OFDM . Además, dado que los sistemas de comunicación digital comerciales modernos se basan casi todos en estándares industriales bien definidos, muchos generadores de señales vectoriales pueden generar señales basadas en estos estándares. Los ejemplos incluyen GSM , W-CDMA (UMTS) , CDMA2000 , LTE , Wi-Fi (IEEE 802.11) y WiMAX (IEEE 802.16) . Por el contrario, los sistemas de comunicación militares como JTRS , que dan mucha importancia a la solidez y la seguridad de la información, suelen utilizar métodos muy propietarios. Para probar este tipo de sistemas de comunicación, los usuarios suelen crear sus propias formas de onda personalizadas y descargarlas en el generador vectorial de señales para crear la señal de prueba deseada.
Un generador de señales lógicas, un generador de patrones de datos o un generador de patrones digitales produce señales lógicas, es decir, unos y ceros lógicos en forma de niveles de voltaje convencionales. Los estándares de voltaje habituales son LVTTL y LVCMOS . Es diferente de un "generador de pulsos/patrones", que se refiere a generadores de señales capaces de generar pulsos lógicos con diferentes características analógicas (como tiempo de subida/caída del pulso, longitud de alto nivel,...).
Un generador de patrones digitales se utiliza como fuente de estímulos para circuitos integrados digitales y sistemas integrados, para validación y pruebas funcionales.
Además de los dispositivos de uso general anteriores, existen varias clases de generadores de señales diseñados para aplicaciones específicas.
Un generador de tono es un tipo de generador de señal optimizado para su uso en aplicaciones de audio y acústica . Los generadores de tono suelen incluir ondas sinusoidales en el rango de audición humana (20 Hz a 20 kHz). Los generadores de tono sofisticados también incluirán generadores de barrido (una función que varía la frecuencia de salida en un rango, para realizar mediciones en el dominio de la frecuencia), generadores de tonos múltiples (que generan varios tonos simultáneamente y se utilizan para verificar la distorsión de intermodulación y otros factores no relacionados). -efectos lineales) y ráfagas de tono (utilizadas para medir la respuesta a transitorios). Los generadores de tono se utilizan normalmente junto con sonómetros , al medir la acústica de una habitación o un sistema de reproducción de sonido, y/o con osciloscopios o analizadores de audio especializados.
Muchos generadores de tono operan en el dominio digital y producen resultados en varios formatos de audio digital, como AES3 o SPDIF . Dichos generadores pueden incluir señales especiales para estimular diversos efectos y problemas digitales, como recorte , fluctuación , errores de bits ; También suelen proporcionar formas de manipular los metadatos asociados con los formatos de audio digital.
El término sintetizador se utiliza para un dispositivo que genera señales de audio para música o que utiliza métodos un poco más complejos.
Se pueden utilizar programas informáticos para generar formas de onda arbitrarias en una computadora de uso general y generar la forma de onda a través de una interfaz de salida. Estos programas pueden proporcionarse comercialmente o ser gratuitos. Los sistemas simples utilizan una tarjeta de sonido de computadora estándar como dispositivo de salida, lo que limita la precisión de la forma de onda de salida y limita la frecuencia para que se encuentre dentro de la banda de audiofrecuencia .
Un generador de señales de video es un dispositivo que genera formas de onda de video y/o televisión predeterminadas, y otras señales utilizadas para estimular fallas en, o ayudar en mediciones paramétricas de, sistemas de televisión y video. Existen varios tipos diferentes de generadores de señales de vídeo de uso generalizado. Independientemente del tipo específico, la salida de un generador de vídeo generalmente contendrá señales de sincronización apropiadas para televisión, incluidos pulsos de sincronización horizontal y vertical (en analógico) o palabras de sincronización (en digital). Los generadores de señales de vídeo compuesto (como NTSC y PAL ) también incluirán una señal de ráfaga de color como parte de la salida. Los generadores de señales de vídeo están disponibles para una amplia variedad de aplicaciones y para una amplia variedad de formatos digitales; muchos de ellos también incluyen capacidad de generación de audio (ya que la pista de audio es una parte importante de cualquier vídeo, programa de televisión o película).
Experimenter - Número vol.
IV, núm. 10
