Générateur de signaux

Un générateur de signaux fait partie d'une classe d' appareils électroniques qui génèrent des signaux électriques avec des propriétés définies d'amplitude, de fréquence et de forme d'onde. Ces signaux générés sont utilisés comme stimulus pour les mesures électroniques, généralement utilisées dans la conception, le test, le dépannage et la réparation d'appareils électroniques ou électroacoustiques, bien qu'ils aient souvent également des utilisations artistiques.

Il existe de nombreux types de générateurs de signaux différents, destinés à des applications et des objectifs différents et à des niveaux de coût variables. Ces types comprennent les générateurs de fonctions , les générateurs de signaux RF et micro-ondes, les générateurs de hauteur tonale, les générateurs de formes d'ondes arbitraires , les générateurs de motifs numériques et les générateurs de fréquence. En général, aucun appareil ne convient à toutes les applications possibles.

Un générateur de signaux peut être aussi simple qu'un oscillateur avec une fréquence et une amplitude étalonnées. Les générateurs de signaux à usage général permettent de contrôler toutes les caractéristiques d'un signal. Les générateurs de signaux modernes à usage général sont contrôlés par un microprocesseur et peuvent également permettre un contrôle à partir d'un ordinateur personnel. Les générateurs de signaux peuvent être des instruments autonomes ou être intégrés dans des systèmes de test automatiques plus complexes.

En juin 1928, le General Radio 403 fut le premier générateur de signaux commercial jamais commercialisé. Il prenait en charge une gamme de fréquences de 500 Hz à 1,5 MHz. De plus, en avril 1929, le premier étalon de fréquence commercial fut commercialisé par General Radio avec une fréquence de 50 KHz.

Un générateur de fonctions est un appareil qui produit des formes d'onde répétitives simples . Ces appareils contiennent un oscillateur électronique , un circuit capable de créer une forme d'onde répétitive . (Les appareils modernes peuvent utiliser le traitement du signal numérique pour synthétiser les formes d'onde, suivi d'un convertisseur numérique-analogique , ou DAC, pour produire une sortie analogique.) La forme d'onde la plus courante est une onde sinusoïdale , mais des oscillateurs à forme d'onde en dents de scie , à impulsions , carrés et triangulaires sont couramment disponibles, tout comme les générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG). Si l'oscillateur fonctionne au-dessus de la plage d'audition humaine (> 20 kHz ), le générateur comprendra souvent une sorte de fonction de modulation telle que la modulation d'amplitude (AM), la modulation de fréquence (FM) ou la modulation de phase (PM) ainsi qu'un deuxième oscillateur qui fournit une forme d'onde de modulation de fréquence audio .

Un générateur de formes d'onde arbitraires (AWG ou ARB) est un générateur de signaux sophistiqué qui génère des formes d'onde arbitraires dans les limites publiées de la plage de fréquences , de la précision et du niveau de sortie. Contrairement à un générateur de fonctions qui produit un petit ensemble de formes d'onde spécifiques, un AWG permet à l'utilisateur de spécifier une forme d'onde source de différentes manières. Un AWG est généralement plus cher qu'un générateur de fonctions et a souvent une bande passante inférieure. Un AWG est utilisé dans les applications de conception et de test haut de gamme.

Les générateurs de signaux RF (radiofréquence) et micro-ondes sont utilisés pour tester des composants, des récepteurs et des systèmes de test dans une grande variété d'applications, notamment les communications cellulaires, le WiFi , le WiMAX , le GPS , la diffusion audio et vidéo, les communications par satellite, le radar et la guerre électronique . Les générateurs de signaux RF et micro-ondes ont généralement des caractéristiques et des capacités similaires, mais se différencient par leur plage de fréquences. Les générateurs de signaux RF vont généralement de quelques kHz à 6 GHz, tandis que les générateurs de signaux micro-ondes couvrent une plage de fréquences beaucoup plus large, de moins de 1 MHz à au moins 20 GHz. Certains modèles vont jusqu'à 70 GHz avec une sortie coaxiale directe et jusqu'à des centaines de GHz lorsqu'ils sont utilisés avec des modules multiplicateurs de guides d'ondes externes. Les générateurs de signaux RF et micro-ondes peuvent être classés en générateurs de signaux analogiques ou vectoriels.

Les générateurs de signaux analogiques basés sur un oscillateur sinusoïdal étaient courants avant l'apparition de l'électronique numérique et sont toujours utilisés. Il existait une nette distinction dans l'objectif et la conception des générateurs de signaux radiofréquence et audiofréquence.

RF

Les générateurs de signaux RF produisent des signaux radiofréquence à ondes continues d'amplitude et de fréquence définies et réglables. De nombreux modèles offrent différents types de modulation analogique, soit en équipement standard, soit en option pour l'unité de base. Cela peut inclure AM , FM , ΦM (modulation de phase) et la modulation d'impulsions . Une caractéristique commune est un atténuateur pour faire varier la puissance de sortie du signal. Selon le fabricant et le modèle, les puissances de sortie peuvent aller de −135 à +30 dBm. Une large plage de puissance de sortie est souhaitable, car différentes applications nécessitent différentes quantités de puissance de signal. Par exemple, si un signal doit parcourir un très long câble jusqu'à une antenne, un signal de sortie élevé peut être nécessaire pour surmonter les pertes à travers le câble et avoir toujours une puissance suffisante au niveau de l'antenne. Mais lors du test de sensibilité du récepteur, un faible niveau de signal est nécessaire pour voir comment le récepteur se comporte dans des conditions de faible rapport signal/bruit.

Les générateurs de signaux RF sont disponibles sous forme d'instruments de table, d'instruments à monter en rack, de modules intégrables et de formats de carte. Les applications mobiles, de test sur le terrain et aéroportées bénéficient de plates-formes plus légères et alimentées par batterie. Dans les tests automatisés et de production, l'accès par navigateur Web, qui permet un contrôle multi-sources, et des vitesses de commutation de fréquence plus rapides améliorent les temps de test et le débit.

Les générateurs de signaux RF sont nécessaires à l'entretien et à la configuration des récepteurs radio et sont utilisés pour les applications RF professionnelles.

Les générateurs de signaux RF sont caractérisés par leurs bandes de fréquences, leurs capacités de puissance (−100 à +25 dBc), leur bruit de phase à bande latérale unique à différentes fréquences porteuses, leurs éperons et leurs harmoniques, leurs vitesses de commutation de fréquence et d'amplitude et leurs capacités de modulation.

FA

Les générateurs de signaux audiofréquence génèrent des signaux dans la gamme des fréquences audio et au-dessus. L' oscillateur audio HP200A , premier produit vendu par la société Hewlett-Packard en 1939, en est un exemple précoce. Les applications incluent la vérification de la réponse en fréquence des équipements audio et de nombreuses utilisations dans les laboratoires électroniques.

La distorsion de l'équipement peut être mesurée en utilisant un générateur audio à très faible distorsion comme source de signal, avec un équipement approprié pour mesurer la distorsion de sortie harmonique par harmonique avec un analyseur d'ondes , ou simplement la distorsion harmonique totale . Une distorsion de 0,0001 % peut être obtenue par un générateur de signal audio avec un circuit relativement simple.

Avec l'avènement des systèmes de communication numérique, il n'est plus possible de tester correctement ces systèmes avec des générateurs de signaux analogiques traditionnels. Cela a conduit au développement du générateur de signaux vectoriels, également connu sous le nom de générateur de signaux numériques. Ces générateurs de signaux sont capables de générer des signaux radio modulés numériquement qui peuvent utiliser n'importe lequel d'un grand nombre de formats de modulation numérique tels que QAM , QPSK , FSK , BPSK et OFDM . De plus, comme les systèmes de communication numérique commerciaux modernes sont presque tous basés sur des normes industrielles bien définies, de nombreux générateurs de signaux vectoriels peuvent générer des signaux basés sur ces normes. Les exemples incluent GSM , W-CDMA (UMTS) , CDMA2000 , LTE , Wi-Fi (IEEE 802.11) et WiMAX (IEEE 802.16) . En revanche, les systèmes de communication militaires tels que JTRS , qui accordent une grande importance à la robustesse et à la sécurité des informations, utilisent généralement des méthodes très propriétaires. Pour tester ces types de systèmes de communication, les utilisateurs créent souvent leurs propres formes d’onde personnalisées et les téléchargent dans le générateur de signaux vectoriels pour créer le signal de test souhaité.

Un générateur de signaux logiques ou générateur de modèles de données ou générateur de modèles numériques produit des signaux logiques, c'est-à-dire des 1 et des 0 logiques sous la forme de niveaux de tension conventionnels. Les normes de tension habituelles sont LVTTL et LVCMOS . Il est différent d'un « générateur d'impulsions/de modèles », qui fait référence aux générateurs de signaux capables de générer des impulsions logiques avec différentes caractéristiques analogiques (telles que le temps de montée/descente des impulsions, la longueur du niveau haut, ...).

Un générateur de modèles numériques est utilisé comme source de stimulation pour les circuits intégrés numériques et les systèmes embarqués - pour la validation et les tests fonctionnels.

Outre les dispositifs à usage général mentionnés ci-dessus, il existe plusieurs classes de générateurs de signaux conçus pour des applications spécifiques.

Un générateur de hauteur tonale est un type de générateur de signal optimisé pour une utilisation dans des applications audio et acoustiques . Les générateurs de hauteur tonale comprennent généralement des ondes sinusoïdales sur la gamme d'audition humaine (20 Hz à 20 kHz). Les générateurs de hauteur tonale sophistiqués incluront également des générateurs de balayage (une fonction qui fait varier la fréquence de sortie sur une plage, afin d'effectuer des mesures dans le domaine fréquentiel), des générateurs multi-hauteurs (qui produisent plusieurs hauteurs tonales simultanément et sont utilisés pour vérifier la distorsion d'intermodulation et d'autres effets non linéaires) et des rafales de tonalité (utilisées pour mesurer la réponse aux transitoires). Les générateurs de hauteur tonale sont généralement utilisés en conjonction avec des sonomètres , lors de la mesure de l'acoustique d'une pièce ou d'un système de reproduction sonore, et/ou avec des oscilloscopes ou des analyseurs audio spécialisés.

De nombreux générateurs de hauteur tonale fonctionnent dans le domaine numérique , produisant une sortie dans divers formats audio numériques tels que AES3 ou SPDIF . Ces générateurs peuvent inclure des signaux spéciaux pour stimuler divers effets et problèmes numériques, tels que l'écrêtage , la gigue , les erreurs de bits ; ils fournissent également souvent des moyens de manipuler les métadonnées associées aux formats audio numériques.

Le terme synthétiseur est utilisé pour un appareil qui génère des signaux audio pour la musique, ou qui utilise des méthodes légèrement plus complexes.

Les programmes informatiques peuvent être utilisés pour générer des formes d'onde arbitraires sur un ordinateur à usage général et générer la forme d'onde via une interface de sortie. Ces programmes peuvent être fournis commercialement ou être des logiciels gratuits. Les systèmes simples utilisent une carte son d' ordinateur standard comme périphérique de sortie, ce qui limite la précision de la forme d'onde de sortie et limite la fréquence à la bande de fréquence audio .

Un générateur de signaux vidéo est un dispositif qui génère des signaux vidéo et/ou de télévision prédéterminés, ainsi que d'autres signaux utilisés pour simuler des défauts dans les systèmes de télévision et de vidéo ou pour faciliter les mesures paramétriques de ces systèmes. Il existe plusieurs types différents de générateurs de signaux vidéo largement utilisés. Quel que soit le type spécifique, la sortie d'un générateur vidéo contiendra généralement des signaux de synchronisation appropriés pour la télévision, notamment des impulsions de synchronisation horizontale et verticale (en analogique) ou des mots de synchronisation (en numérique). Les générateurs de signaux vidéo composites (tels que NTSC et PAL ) incluront également un signal de couleur en sortie. Les générateurs de signaux vidéo sont disponibles pour une grande variété d'applications et pour une grande variété de formats numériques ; beaucoup d'entre eux incluent également une capacité de génération audio (car la piste audio est une partie importante de tout programme vidéo ou télévisuel ou film).