Was ist ein Signalgenerator?
Ein Signalgenerator ist ein Gerät, das verschiedene elektrische Signalformen erzeugt.
Die erzeugten Signale werden als Testsignale in allen Arten von Geräten verwendet. Die Signale, die erzeugt werden können, reichen von Hochfrequenz- (HF), Standard- und Audiosignalen einschließlich digitaler Modulation für die Funkkommunikation, bis hin zu solchen, die Pulswellen erzeugen.
Anwendungen von Signalgeneratoren
Signalgeneratoren werden verwendet, um zu prüfende Geräte und Hochfrequenzkomponenten für die Telekommunikation mit Hilfe von Pseudosignalen zu simulieren, zu messen, zu bewerten und zu debuggen, bevor die Tests durchgeführt werden.
Signalgeneratoren sind keine Geräte, die zu Messzwecken verwendet werden, da sie nur die Funktion haben, Signalverläufe für Tests als Referenz zu erzeugen. Dies unterscheidet sie von Messgeräten wie Oszilloskopen, Digitalmultimetern und Spektrumanalysatoren, die zur Auswertung der zu prüfenden physikalischen Größe verwendet werden.
Funktionsweise von Signalgeneratoren
Die Erzeugung von Wellenformsignalen in Signalgeneratoren basiert heutzutage auf der Eingabe eines digitalen Signals, das in ein analoges Signal umgewandelt wird. In der Praxis wird dieser Vorgang von einer digitalen Schaltung, der so genannten direkten digitalen Synthese (DDS), durchgeführt.
Der DDS besteht aus einem Phasenakkumulator, einem Wellenform-ROM und einem D/A-Wandler. Wenn der Frequenzeinstellwert N synchron mit dem Taktgeber integriert wird, wird eine digitalisierte Dreieckswelle mit einer zu N proportionalen Rate erzeugt. Die aus diesen Daten durch Adressierung des Wellenform-ROMs ausgegebene Wellenform wird durch einen D/A-Wandler analog gewandelt und durch einen Niederfrequenzfilter geleitet, um eine glatte analoge Wellenform zu erhalten.
In der Regel handelt es sich bei der im Wellenform-ROM gespeicherten Wellenform um eine Sinuswelle, so dass auch die Ausgangswellenform eine Sinuswelle ist. Kehrt man nun zum Grundgedanken der inversen Fourier-Transformation zurück und bedenkt, dass jede beliebige Wellenform durch die Zusammensetzung von Sinuswellen erzeugt werden kann, so kann ein Signalgenerator durch die Kombination der so erzeugten Pseudo-Sinuswellen praktisch jede Wellenform erzeugen.
Art der Signalgeneratoren
Es gibt verschiedene Arten von Signalgeneratoren, aber die folgenden zwei sind typische Beispiele.
1. Funktionsgenerator
Einer der vielseitigsten Signalgeneratoren ist der Funktionsgenerator. Unter den Signalgeneratoren wurden mit der Entwicklung der Digitaltechnik solche entwickelt, die mit einem einzigen Signalgenerator beliebige Wellenformen erzeugen können.
Da Funktionsgeneratoren jedes beliebige Signal simulieren können, ist es möglich, das zu prüfende Gerät zu debuggen und einzustellen, indem man es mit Pseudosignalen simuliert, bevor man es im Feld testet. Signalgeneratoren zur Erzeugung von digital modulierten Hochfrequenzsignalen werden neben Spektrumanalysatoren und Leistungsmessern auch häufig zur Charakterisierung von elektronischen HF-Komponenten eingesetzt.
2. Signalgeneratoren für die Erzeugung digital modulierter HF-Wellenformen
Signalgeneratoren sind auch für die Erzeugung digital modulierter HF-Wellenformen für komplexe Modulationswellenformen wie 5G- und Wi-Fi-Signale erhältlich. Diese sogenannten Vektor-Standardsignalgeneratoren (digitale Standardsignalgeneratoren) verfügen über einen integrierten I/Q-Modulator.
Daher ist eine Aufwärtskonvertierung zu I/Q-Modulationsschemata wie 1024QAM und QPSK möglich. In Kombination mit einem IQ-Basisbandgenerator kann dieser Signalgenerator die meisten Signale innerhalb der vom Kommunikationssystem unterstützten Informationsbandbreite emulieren und ausgeben.
Weitere Informationen über Signalgeneratoren
1. Verwendung von Signalgeneratoren
Signalgeneratoren sind neben Voltmetern, Amperemetern, Signalanalysatoren und Leistungsmessern von zentraler Bedeutung für die Messung von elektronischen Schaltungen. Heutzutage bieten Gerätehersteller Messumgebungen an, mit denen beliebige Signale für komplex modulierte digitale Systeme erzeugt werden können, indem sie mit speziellen Softwareanwendungen auf PCs verwendet werden.
Neben komplexen, hochmodernen Digitalsystemen gibt es für Einsteiger in elektronische und elektrische Schaltungen auch Bausätze für Messgeräte, die auf einfache Weise Signale erzeugen können. Da diese Bausätze nicht mit den neuesten komplexen Signalen arbeiten, können sie zu sehr günstigen Preisen über Online-Händler erworben werden.
Dieser Signalgenerator-Bausatz kann grundlegende Sinus-, Dreieck- und Impulssignale sowie deren Betriebsfrequenzen in beliebiger Höhe ausgeben und ist damit ein sehr nützliches Gerät für die experimentelle Überprüfung kleiner elektronischer Schaltungen, auch für Anfänger in elektronischen und elektrischen Schaltungen.
2. Erfassung von Signalwellenformen für Schaltungssimulatoren
In jüngster Zeit haben einige Hersteller von Messgeräten eine EDA-Umgebung entwickelt, die eine Schaltungssimulation von tatsächlichen Signalwellenformen ermöglicht, was für Entwickler von HF-, Analog- und Digitalschaltungen sehr nützlich ist.
In der Vergangenheit wurde beispielsweise die Auswirkung des nichtlinearen HF-Verhaltens auf die Verzerrung digital modulierter Signalformen in der Regel durch Eingabe der tatsächlichen modulierten Wellenformen bewertet oder alternativ durch das IMD-Verhalten (Intermodulationsverzerrung) verifiziert und in die Schaltungsentwicklung zurückgeführt.
Nun ist es jedoch möglich, die tatsächliche Modulationssignalform selbst in analoge HF-Schaltungen und Front-End-Module auf einem Schaltungssimulator einzubinden und die Eigenschaften von Kommunikationssystemen, wie z. B. EVM (Modulationsgenauigkeit), aus der Perspektive des Schaltungsentwurfs auf einem Simulator zu untersuchen.