Generare segnali

GENERATORI –

Il mercato offre una grande varietà di strumenti finalizzati a produrre segnali elettrici di tutti i tipi, dalla semplice onda sinusoidale fino al segnale in radiofrequenza con modulazione digitale. Uno sguardo ad alcuni dei prodotti disponibili.

I generatori di segnali costituiscono una delle categorie più importanti nell'ambito della strumentazione elettronica di misura e collaudo. Il loro ruolo consiste - com'è noto a tutti - nel produrre segnali elettrici adatti a stimolare in modo opportuno i sistemi elettronici, per condurre misure o collaudi. Ovviamente sistemi elettronici diversi richiedono segnali elettrici diversi, il che spiega l'esistenza di una grande varietà di generatori. Una possibile classificazione di questi prodotti distingue tra strumenti a segnali misti (generatori di forme d'onda arbitrarie, generatori di funzioni arbitrarie) e strumenti puramente digitali (generatori di impulsi o di pattern). Altri principi di classificazione comprendono la frequenza del segnale generato (esistono infatti generatori appositamente progettati per produrre segnali in radiofrequenza o a microonde) e la capacità di effettuare una modulazione digitale (generatori di segnali vettoriali). In termini assolutamente generali si può affermare che tra le caratteristiche qualificanti di questi strumenti sono comprese la possibilità di controllare liberamente tutti i parametri del segnale generato (per poter stimolare il sistema in tutti i modi, ad esempio anche creando segnali volutamente distorti o deteriorati) e la “qualità” del segnale stesso (ad esempio l'assenza di dentellature nelle onde prodotte, la precisione di posizionamento temporale dei fronti di salita e discesa ecc.). Tutti i principali produttori di strumentazione elettronica offrono anche generatori di segnali; in questo articolo, unicamente a titolo d'esempio, passeremo rapidamente in rassegna alcuni dei modelli disponibili.

A basso costo
Uno dei cavalli di battaglia di Agilent in questo settore è la serie 33500B, che comprende vari modelli di generatori a basso costo capaci di produrre segnali di alta qualità sia in banda base sia di tipo IF/RF con modulazione digitale. Gli strumenti si basano sull'architettura che Agilent ha denominato Trueform, una soluzione che - secondo la società - consente di mantenere i vantaggi della Dds (Direct Digital Synthesis) eliminandone però i lati negativi, soprattutto per quanto riguarda la generazione di segnali a basso jitter, importanti per le applicazioni wireless. Nell'architettura Trueform i campioni dell'onda conservati in memoria vengono interpolati in tempo reale da un Dsp che comprende anche la funzione di un filtro Fir passa-basso. In questo modo il jitter associato alla mappatura temporale dei campioni memorizzati può essere praticamente eliminato senza aumentare la risoluzione originale.

Strumenti modulari
La vasta offerta di strumenti modulari di National Instruments comprende ovviamente anche numerosi moduli dedicati alla generazione di segnali. Il modulo PXIe-5450, ad esempio, è un generatore di forme d'onda arbitrarie a due canali a 16 bit e 400 MS/s, ottimizzato per i segnali I/Q. Ognuna delle due uscite differenziali offre una gamma dinamica di 98 dB a 1 MHz (senza armoniche), una densità di rumore di fase migliore di -140 dBc/Hz a 10 MHz e uno skew tra i canali inferiore a 25 picosecondi. Lo strumento può essere utilizzato per effettuare prove su dispositivi con ingressi I/Q o come componente di banda base di un generatore di segnali vettoriali RF. Èdotato anche di funzioni di elaborazione (Onboard Signal Processing, OSP) che comprendono filtri per determinare la forma degli impulsi, controlli di guadagno e offset e un oscillatore controllato numericamente per lo spostamento della frequenza. Il modulo PXIe-5673E, invece, è un generatore di segnali vettoriali in radiofrequenza fino a 6,6 GHz. Essendo basato sul bus PCI Express, lo strumento è in grado di prelevare un flusso continuo di dati direttamente dal disco e può quindi generare forme d'onda continue con una lunghezza di vari terabyte. È dotato inoltre della modalità “RF list”, che consente di effettuare cambiamenti rapidi e deterministici della configurazione RF riducendo i tempi di test per le misure multibanda. Utilizzando il Modulation Toolkit di LabView, lo strumento può generare una varietà di forme d'onda tra cui Am, Fm, Cm, Ask, Fsk, Msk, Psk, Qam (4, 16, 64 e 256), segnali multimodo e forme d'onda arbitrarie. Può inoltre essere combinato con software specifico per i diversi standard di comunicazione, per generare segnali Gsm/Edge/Wcdma, Wlan, WiMax, Lte, Gps, Dvb-C/H/C, Isdb-T, ZigBee ecc.

Microonde e non solo
La vasta gamma dei prodotti di Rohde & Schwarz comprende il modello SMF100A, un generatore di segnali a microonde che raggiunge la frequenza massima di 43,5 gigahertz. Lo strumento si caratterizza per un basso rumore di fase SSB (-120 dBc a 10 GHz) e un'elevata potenza di uscita (+25 dBm). Può inoltre essere dotato di un modulatore di impulsi e, con l'aggiunta di un apposito sensore, consente di effettuare analisi della potenza. L'offerta R&S in questo campo include anche il modello SMBV100A, un generatore rivolto soprattutto alle misure su sistemi radio con modulazione digitale. La gamma delle frequenze generate si estende da 9 kilohertz a 6 gigahertz. Lo strumento può essere dotato di un generatore di banda base con codificatore in tempo reale e generazione di forme d'onda arbitrarie, mentre il modulatore I/Q possiede una banda di 528 megahertz. Il modello SMBV100A consente di effettuare prove su sistemi conformi a una varietà di standard, tra cui 3GPP Lte Fdd e Tdd, 3GPP Fdd/Hspa/Hspa+, Gsm/Edghe/Edge Evolution, TD-Scdma, Wlan e WiMax.

Una nuova serie
Tektronix ha recentemente presentato una nuova famiglia di generatori di segnale denominata AFG3000C. La serie comprende cinque strumenti in grado di generare funzioni, forme d'onda arbitrarie e impulsi, con valori di banda sinusoidale di 10, 25, 50, 100 e 240 MHz. In quest'ultimo modello la frequenza di campionamento raggiunge 2 GS/s. La serie AFG3000C rappresenta un'evoluzione della preesistente famiglia AFG3000, dalla quale si differenzia principalmente per l'adozione di un display più grande (5,6 pollici Tft a colori), oltre che per il miglioramento delle prestazioni del modello da 25 MHz e per l'aggiunta di un modello da 50 MHz. Tra le caratteristiche della preesistente serie AFG3000 è compresa la possibilità di scegliere tra dodici diverse forme d'onda standard; le forme arbitrarie, invece, vengono generate con una lunghezza massima di 128 K e con un'alta frequenza di campionamento. Nel caso degli impulsi, le temporizzazioni dei fronti di salita e discesa possono essere impostate separatamente. E' inoltre possibile aggiungere al segnale d'uscita anche segnali esterni. I modelli a due canali possono generare due segnali identici oppure del tutto diversi tra loro. La base dei tempi offre una deriva di +/- 1 ppm all'anno. Lo schermo degli strumenti di questa serie ha un aspetto simile a quelli degli oscilloscopi Tektronix TDS3000. Il software fornito in dotazione, ArbExpress, funziona su Pc e consente di importare forme d'onda dagli oscilloscopi Tektronix o di definirle utilizzando funzioni standard ed equazioni.

Due opzioni
Sono due le famiglie di generatori di segnale proposte da Teledyne LeCroy: ArbStudio e WaveStation. I generatori di forme d'onda arbitrarie della serie ArbStudio sono in grado di produrre segnali fino a 125 MHz con frequenza massima di campionamento pari a 1 GS/S, memoria di 2 Mpts per canale e risoluzione a 16 bit. Sono inoltre dotati di una varietà di modalità operative, capacità di modulazione e generazione di pattern digitali. La serie comprende modelli a due e quattro canali; questi ultimi sono dotati di una porta di espansione che consente di collegare fino a otto unità, offrendo un massimo di 32 forme d'onda analogiche sincronizzate. Gli strumenti ArbStudio offrono entrambe le modalità di funzionamento tipiche dei generatori di forme d'onda arbitrarie, True Arbitrary o Direct Digital Synthesis. L'impostazione della modalità è indipendente su ciascun canale. La serie WaveStation comprende tre modelli di generatori di funzioni e forme d'onda arbitrarie con ampiezze di banda di 10 MHz, 25 MHz e 50 MHz, dotati di schermo da 3,5 pollici. Tutti gli strumenti sono caratterizzati da una frequenza di campionamento di 125 MS/s, risoluzione a 14 bit e 16 kpts di memoria per canale. Oltre alle funzioni base (quali onda sinusoidale, onda quadra, rampa, impulso e rumore), i generatori WavwStation possono produrre anche quaranta diverse forme d'onda arbitrarie preimpostate. Gli schemi di modulazione utilizzabili includono Am, Pm, Fm, Ask, Psk, Fsk e Pwm. Gli strumenti di questa famiglia consentono di importare, tramite Usb, forme d'onda acquisite da oscilloscopi della serie LeCroy WaveAce.

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