Многофункциональные цифровые генераторы Rigol dg5000 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Владимир ДьяконоВ, д. т. н., профессор

vpdyak@yandex.ru

Еще недавно для генерации основных типов сигналов (синусоидальных, прямоугольных и треугольных) применялись аналоговые функциональные генераторы. Это дешевые приборы с ограниченным диапазоном частот генерируемых сигналов и, как правило, отсутствием возможности их модуляции — за исключением режима сви-пирования (качания) частоты. Очень низкая стабильность и точность установки частоты таких генераторов, а также невозможность создания двухканальных моделей с независимой и точной установкой параметров сигналов исключает их применение в решении большинства серьезных задач тестирования современной радиоэлектронной аппаратуры.

В последнее пятилетие наметилась явная тенденция к замене аналоговых функциональных генераторов цифровыми генераторами сигналов с прямым синтезом формы

Рис. 1. Внешний вид генераторов серии DG5000 фирмы Rigol Technologies: а) спереди; б) сзади

Многофункциональные цифровые генераторы

Rigol DG5000

Для тестирования радиокомпонентов, устройств и систем радиочастотного и близкого к ним СВЧ-диапазона необходимы многофункциональные генераторы сигналов с различными видами модуляции. Совместно с цифровыми осциллографами и анализаторами спектра они образуют полноценный измерительный комплекс, способный решать многочисленные задачи тестирования компонентов, различных устройств и систем. В статье описано новое поколение таких генераторов, выпуск которых освоен китайской фирмой Rigol Technologies.

(и частоты) сигналов [1, 2]. Наиболее известными из генераторов этого класса стали высококачественные генераторы произвольных функций AFG3000 компании Tektronix [2]. В режиме генерации синусоидальных сигналов приборы генерируют сигналы от инфра-низких частот до 240 МГц (у старшей модели). На частотах до 1 МГц возможна генерация импульсных сигналов различной формы (до десятка видов) с высокой стабильностью всех параметров и прежде всего частоты.

С момента своего появления цифровые генераторы компании Tektronix серии AFG3000 занимали лидирующее положение среди множества таких генераторов, предлагаемых на рынке различными фирмами [1]. Однако в 2010 году резкий рывок в создании высококлассных моделей генераторов такого типа (именуемых High-End моделями) совершила весьма преуспевающая молодая китайская компания Rigol Technologies. Незадолго до этого она создала высококлассные цифровые осциллографы серии DS6000 с полосой частот до 0,6 и даже 1 ГГц и массовые анализаторы спектра с диапазоном частот от 9 кГц до 2-3 ГГц серии DSA 1020/1030. И вот теперь очередь дошла до выпуска цифровых многофункциональных генераторов DG5000 с прямым синтезом формы сигналов и максимальной в этом классе приборов частотой синусоидальных сигналов — до 350 МГц.

Новый модельный ряд генераторов DG5000 включает в себя 3 двухканальные модели — DG5352 (350 МГц), DG5252 (250 МГц), DG5102 (100 МГц) и 3 одноканальные модели — DG5351 (350 МГц), DG5251 (250 МГц) и DG5101 (100 МГц). Внешний вид генераторов показан на рис. 1. Генераторы имеют графический ЖК TFT дисплей с высокой разрешающей способностью, размером по диагонали 11 см (4,3 дюйма) и 16 млн цветов. Он

отображает форму сигнала, значения установленных параметров, карту кодоимпульсной модуляции сигнала и другие данные

о работе генератора.

Эти генераторы имеют ставший уже стандартным для цифровых приборов интерфейс пользователя, похожий на тот, что применяется в генераторах AFG3000, но с несколько иным расположением групп кнопок. Генераторы DG5000 довольно громоздкие, хотя и не тяжелые приборы: длина их корпуса чуть более полуметра, а вес — около 4,3 кг. Основные характеристики генераторов (для шести моделей) приведены в таблице.

Генераторы DG5000 — без всякого преувеличения многофункциональные приборы. Они полностью заменяют аналоговые функциональные генераторы и позволяют получать на выходе сигналы разнообразных форм. Среди них: синусоида, меандр, пила, треугольник, прямоугольный импульс с заданной скважностью, шумовой и кардиосигнал, $т(%)/% ^тс), экспоненциальное возрастание и убывание, напряжение постоянного тока и сигналы произвольной формы. На рис. 2 показано окно дисплея генератора

Таблица. Основные характеристики генераторов DG5000

Модель 52 51 52 51 02 01 S? К К К ю ю GGGGGG DDDDDD

Количество каналов 2 | 1 2 | 1 2 | 1

Максимальная частота (синус) 350 МГц 250 МГц 1GG МГц

Скорость выборки 1 Гвыб/с

Длина сигнала 2 GGG 000-128 GGG GGG точек

Разрешение 1 мкГц

Амплитуда 5 мВпп ~ 10 Впп (50 Ом), 10 мВпп ~ 20 Впп (нагрузка 4)

Разрядность 14 бит

Интерфейсы USB Host (2), USB Device, GPIB, LAN

Габариты 230x106x501 мм

Вес 4,3 кг (без упаковки)

RTGOL *^T

СЧ1 C-;

r"5 T ДОДОЮW u и Ini J‘JU.L‘CO WLI,№>? M tr

'**•!» ШЙНШВ! Cfl

O.CGOOVh?

A Иі.п fl Oft *

—Щ f\,

CHI: № СНЙ: MO

Г Иисп 55k VMM* | у*"-*1 ипосгпр V.lur J

RIGOL

CHI СЧ2

к* flHBkbps tu PNG т-*Ф— i.oce .OM.DOOw* 5QM.D Vpp >*-« fi iVM.fl Vre г (И ■

№ CHI H . < cH*; **j 2 *

f - z-:„ ^ MM 4 R-tx ОД*» ' J

Рис. 2. Экран дисплея генератора DG5000

при установке на генерацию сигнала Sinc

в режиме генерации сигналов стандартной формы: задана генерация сигнала sin(x)/x с частотой 1000 кГц на высокоомной нагрузке в канале CH1. Канал CH2 отключен.

Двухканальные генераторы позволяют получать два сигнала с различной формой и различными параметрами. На рис. 2 показан случай, когда во втором отключенном канале CH2 задано получение синусоидального сигнала с частотой 350 МГц и нулевой амплитудой (она может измеряться в децибелах мощности) при сопротивлении нагрузки 50 Ом. Включенный канал подсвечивается красным фоном. При генерации импульсов прямоугольной формы (меандра или импульсов с изменяемой скважностью) минимальное время нарастания и спада составляет 2,5 нс в старших моделях и 3 нс в младших.

На генерацию сигналов произвольной формы стоит обратить особое внимание. Форма сигнала может задаваться таблицей уровней сигналов не только с передней панели приборов, но и с помощью специальных программ — систем компьютерной математики, например MATLAB. Кроме того, есть возможность задать форму сигналов осциллограмм от любого осциллографа компании Rigol.

В приборах используются 14-битные цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) с довольно высокой частой дискретизации —

1 Гвыб/с, что лишь вдвое ниже, чем у старших моделей генераторов серии AFG3000 компании Tektronix. Форма произвольных сигналов задается по точкам, число которых может достигнуть 128 млн (у генераторов AFG3000 до 131 072 точек). Это позволяет получить непревзойденное качество сформированного сигнала с высоким разрешением как по вертикали, так и по горизонтали.

Рис. 5. Экран дисплея

с примером редактирования данных модуляции 8PSK

Рис. 3. Экран дисплея генератора в режиме Freq Hop (скачкообразное изменение частоты по заданному закону)

Рис. 4. Экран дисплея с примером задания квадратурной кодоимпульсной модуляции 4QAM

В штатных возможностях генераторов присутствуют следующие виды модулированных сигналов: амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM), фазовая модуляция (PM), амплитудная манипуляция (ASK), частотная манипуляция (FSK), фазовая манипуляция (PSK), широтно-импульсная модуляция (PWM). Генераторы DG5000 могут работать в режиме выдачи пачек импульсов, а также в режиме выдачи сигнала со скачкообразным изменением частоты (Freq Hop) (рис. 3).

Генераторы DG5000 обладают уникальными возможностями по работе с сигналами с кодоимпульсной модуляцией. Они содержат встроенный IQ-модулятор и позволяют получать следующие виды кодоимпульсной модуляции: BPSK, QPSK, OQPSK, 4DQPSK, 8PSK, D8PSK, 16PSK, 4QAM, 8QAM, 16 QAM, 32QAM и 64QAM. При использовании этих видов модуляции на экране дисплея отображается функциональная схема получения сигналов с тем или иным видом модуляции (рис. 4).

Уникальной является возможность генераторов серии DG5000 генерировать сигналы с кодоимпульсной модуляцией, используя встроенный IQ-модулятор. Пример этого для модуляции 8PSK показан на рис. 5. Значения I и Q, представленные в таблице, можно устанавливать с помощью цифровых клавиш на передней панели генератора.

При использовании кодоимпульсной модуляции обычно пользуются картами, которые строятся в плоскости с осями Q и I. У приборов есть возможность создавать, выбирать и редактировать карту и схему IQ-модуляции Такие карты позволяют строить и редактировать генераторы серии DG5000, что показано на рис. 6.

Следует отметить, что максимальные частоты характерны только для синусоидальных сигналов. При этом максимальная амплитуда 10 Впп (от пика до пика) на нагрузке 50 Ом возможна до частот 100 МГц, на более высоких частотах она падает. Данные об этом можно найти в инструкции по эксплуатации генераторов. Максимальная частота прямоугольных симметричных импульсов (меандра) примерно вдвое ниже (до 120 МГц). Частота повторения треугольных импульсов с нормированной нелинейностью — до 1 МГц. В звуковой полосе частот от 10 Гц до 20 кГц коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала не превышает 0,5%, так что на роль генератора звуковых частот с малым коэффициентом нелинейных искажений генераторы серии DG5000 не претендуют.

Приборы можно использовать в качестве генераторов качающейся частоты с заданием времени качания, начальной и конечной частот и времени удержания. Экран дисплея для этого вида работы (работает канал CH1) показан на рис. 7. В этом режиме совместно с осциллографом генератор может применяться для построения амплитудночастотных характеристик (АЧХ) различных компонентов, устройств и систем.

Как и большинство моделей, выпускаемых компанией Rigol Technologies, генераторы серии DG5000 могут управляться по интерфейсу LAN с поддержкой стандарта LXI — класс С (что позволяет использовать их в автоматизированных измерительных системах), они имеют интерфейсы USB-host (2 разъема), USB-device и GPIB. Наличие этих интерфейсов позволяет без проблем работать с модулями флэш-памяти и персональными компьютерами.

RIGOL

CHI СИЇ

64044 " to Х*Н IHC.OH.QQOW 5 ІЇАІ 0 vpp fi Cjj.o vK 'чи 0 ҐН ■ = Aj

Мім С H1 - * CKJ; «j-- *"

flAVMrij Ч_і»і і,; ^ 5иЬО ~til

J

RIGOL

ICO.С —S

P (І-ЛІ С 3 ir L

1( ЙСС.ОЙ»

LM С №. LUO дам ;

a [

1 Ж j; r

r-.i зямюсда.эссчнг

**■■■* QCnsUiii с*ж bom.DVffi

ІТЙМ 0.00*

C<WK- CH1; bspZ »|> !.h^,CH3: 'ЛО -5

Г-і^Туї-О E*hll( flirr Вії - - Л _ — Sflitii ъ Spun rJ

TItw

Опционально генераторы DG5000 могут поставляться с модулем цифрового ввода/вывода. Есть возможность подключить модуль цифрового вывода на 16+2 канала совместно с аналоговым каналом, что позволяет восстановить наиболее широко распространенные в повседневной практике смешанные сигналы. Интерфейс генераторов многоязычный, есть встроенная система подсказок. Основные применения генераторов подобны описанным в [1, 2].

Уже давно измерительные приборы китайских фирм (и это особенно относится к компании Rigol) перестали отождествляться с дешевыми и не слишком надежными и качественными приборами. Массовые осциллографы компании Rigol уже выпускаются под эгидой могучей корпорации Agilent Technologies, да и генераторы AFG3000 компании Tektronix производятся в Китае. Появление новой серии High-End многофункциональных цифровых генераторов сигналов различной (в том числе произвольной) формы закрепляет позиции компании

Rigol Technologies как одной из ведущих фирм в разработке современного измерительного оборудования, по качеству не уступающего, а порою и превосходящего продукцию ведущих мировых компаний в этой области. Разумеется, приборы класса High-End любой компании не относятся к разряду дешевых (бюджетных) изделий, но, тем не менее, приятно отметить, что генераторы DG5000 имеют при высоких характеристиках вполне умеренную стоимость. ■

Литература

1. Дьяконов В. П. Генерация и генераторы сигналов. М.: СОЛОН-Пресс, 2009.

2. Дьяконов В. П. Развитие серии генераторов произвольных функций AFG3000 компании Tektronix и их применение // Компоненты и технологии. 2009. № 11.