신호 발생기란?
신호 발생기(영어: Signal generator)는 다양한 전기적 신호 파형을 생성하는 장치를 말합니다.
생성된 신호는 모든 장치에서 테스트용 신호로 활용된다. 생성할 수 있는 신호는 무선통신의 디지털 변조를 포함한 고주파(RF) 표준 신호와 오디오 신호를 비롯해 펄스파를 생성하는 것까지 다양합니다.
신호 발생기의 사용 용도
신호 발생기는 시험 대상 장치나 통신용 고주파 부품 등 DUT의 실시 시험 전에 유사 신호를 이용하여 시뮬레이션이나 실측 평가를 진행하여 디버그 조정을 할 목적으로 사용됩니다.
신호 발생기는 어디까지나 기준 테스트용 신호 파형을 생성하는 기능을 가지고 있기 때문에 측정용으로 사용하는 장비는 아닙니다. 이 점은 오실로스코프나 디지털 멀티미터, 스펙트럼 분석기 등 대상 물리량을 평가하기 위한 측정 장치와 다른 점입니다.
신호 발생기의 원리
신호 발생기의 파형 신호 생성은 현재 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하는 방식으로 이루어지고 있습니다. 실제로는 디지털 직접 합성 발진기(DDS)라는 디지털 회로가 이 작업을 수행합니다.
DDS는 위상 어큐뮬레이터와 파형 ROM, D/A 컨버터로 구성되어 있으며, 위상 어큐뮬레이터는 래치와 가산기로 구성되어 있습니다. 클럭에 동기화하여 주파수 설정값 N을 적산하면 N에 비례하는 속도로 디지털화된 삼각파가 생성됩니다. 이 데이터에서 파형 ROM의 주소를 지정하여 출력된 파형을 D/A 컨버터로 아날로그 변환하여 저주파수 필터를 통과시키면 부드러운 아날로그 파형을 얻을 수 있습니다.
일반적으로 파형 ROM에 저장된 파형은 정현파이기 때문에 출력되는 파형은 정현파가 됩니다. 여기서 역 푸리에 변환의 기본 개념으로 돌아가서 임의의 파형은 정현파의 합성으로 생성할 수 있다는 것을 염두에 두면, 이렇게 생성된 유사 정현파를 조합하여 신호 발생기는 기본적으로 모든 파형을 생성할 수 있습니다.
신호 발생기의 종류
신호 발생기의 종류는 다양하지만, 대표적인 것으로 다음 두 가지를 꼽을 수 있습니다.
1. 함수 발생기
범용성이 높은 신호 발생기 중 하나가 함수 발생기입니다. 신호 발생기 중에서도 디지털 기술의 발달로 하나의 신호 발생기로 임의의 파형을 생성할 수 있는 것이 개발되고 있습니다.
함수발생기를 이용하면 모든 신호를 유사하게 생성할 수 있기 때문에 시험 대상 장치의 실지 시험 전에 유사 신호를 이용한 시뮬레이션을 통해 디버깅 및 조정을 할 수 있습니다. 또한, 고주파(RF) 디지털 변조 파형 생성용 신호 발생기는 스펙트럼 분석기, 파워미터 등과 함께 RF 전자부품의 특성 평가용으로 널리 사용되고 있습니다.
2. RF 디지털 변조 파형 생성용 신호 발생기
신호 발생기에는 5G, 와이파이 신호와 같은 복잡한 변조 파형을 생성하는 고주파(RF) 디지털 변조 파형 생성용 신호 발생기도 있습니다. 벡터 표준 신호 발생기(디지털 표준 신호 발생기)라고 불리는 이 계측기는 I/Q 변조기를 내장하고 있습니다.
따라서 1024QAM, QPSK 등의 I/Q 변조 방식으로 업컨버팅이 가능합니다. 이 신호 발생기는 IQ 베이스밴드 제너레이터와 결합하여 통신 시스템이 지원하는 정보 대역폭 내 대부분의 신호를 에뮬레이션하여 출력할 수 있습니다.
신호 발생기 기타 정보
1. 신호 발생기 사용법
신호 발생기는 전압 전류계, 신호 분석기, 전력계 등과 함께 전자 회로 측정기의 핵심입니다. 요즘은 복잡한 변조된 디지털 시스템에 대해서도 PC 내 전용 소프트웨어 상의 어플리케이션과 함께 사용함으로써 간단하게 임의의 신호를 발생시킬 수 있는 측정 환경을 계측기 제조사에서 제공하고 있습니다.
또한 복잡한 최신 디지털 시스템 대응뿐만 아니라 전자, 전기 회로 입문자를 위해 간편하게 신호 발생이 가능한 측정기 키트가 시판되고 있습니다. 이 키트는 최신의 복잡한 신호를 다루는 것이 아니기 때문에 인터넷 쇼핑몰 등에서 매우 저렴한 가격으로 구입할 수 있습니다.
이 신호 생성용 키트는 전자, 전기 회로 입문자에게도 기본적인 사인파, 삼각파, 펄스 파형 등의 신호를 그 동작 주파수와 함께 임의로 조정하여 출력할 수 있어, 간단한 전자 회로 실험 검증에 매우 유용한 장비입니다.
2. 신호 파형의 회로 시뮬레이터로의 입력
최근 일부 측정기 벤더에서는 이 실제 신호 파형을 회로 시뮬레이션에 그대로 가져올 수 있는 EDA 환경도 구축되어 있어, RF 및 아날로그/디지털 회로 설계자에게는 매우 든든한 존재가 되고 있습니다.
예를 들어, RF의 비선형 동작이 디지털 변조 신호 파형의 왜곡에 미치는 영향에 대해서는 과거에는 실측으로 변조 파형을 입력받아 출력 파형을 평가하거나 IMD(상호 변조 왜곡) 등의 거동으로 대체 검증하여 회로 설계에 피드백하는 것이 일반적이었습니다.
그러나 현재는 실제 변조 신호 파형 자체를 RF 아날로그 회로나 프론트엔드 모듈에 회로 시뮬레이터에서 반영할 수 있어 EVM(변조 정확도)과 같은 통신 시스템 상의 특성을 회로 설계적으로 시뮬레이터에서 검토할 수 있게 되었습니다.