Использование генератора сигналов серии AFG-73000 для симуляции зашумленного выходного сигнала

Использование генератора сигналов серии AFG-73000 для симуляции зашумленного выходного сигнала

В реальных схемах сигналы часто содержат электрический шум, пульсации и наводки. Проблема шума стала важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании электронных устройств и оборудования. Независимо от назначения, мощности, и схемотехники существует множество проблем с шумом, которые необходимо решить разработчику оборудования. Для моделирования зашумленного сигнала и оценке устойчивости оборудования к нему разработчик может смоделировать шум с помощью современного генератора сигналов.

Например, импульсный источник питания (SMPS) используемый в блоке питания оборудования для получения выходного напряжения +5 и + 12 Вольт имеет в своем составе импульсные контроллеры с рабочей частотой 30…60 кГц. Однако побочным эффектом после такого частотного преобразования, является наличие небольших переменных составляющих в форме сигнала постоянного напряжения. Если компоненты переменного тока (далее называемые шумом) слишком велики, то это может привести к выходу из строя элементов схемы, питаемых этим источником питания

Для примера рассмотрим ситуацию с напряжением 5 В. Если напряжение постоянного тока составляет 5,00 В, а шум составляет 1,0 В (размах), результирующее значение напряжения может превысить допустимый номинальный диапазон 4,75–5,25 В. Такое превышение диапазона рабочих напряжений микросхем общей логики может привести к неисправности или сбою в нормальных условиях эксплуатации.

Далее в обзоре будет рассмотрено, как с помощью функционального генератора сформировать выходной сигнал с шумовой компонентой при использовании ресурсов программного обеспечения (ПО) для генераторов серии AFG-73000.

Функциональность: режим прямого цифрового синтеза (DDS), разрешение по частоте 1 мкГц, максимальная амплитуда выходного сигнала до 10 Впик (на 50 Ом). Формы сигнала: стандартные (65 видов), произвольная форма (память 8М), частота дискретизации до 250 МГц. Модели данной серии имеют штатное программное обеспечение для формирования сигналов произвольной формы (СПФ), а также возможность редактирования таких сигналов -без подключения к ПК. Аппаратно-программная реализация моделей серии AFG-73000 обеспечивает объедение до 6 генераторов с возможностью формирования многоканальных систем (макс. до 12 синфазных каналов).

Особенностью линейки является: режим реконструкции формы внешних сигналов по захваченному осциллографом файлу данных. При использовании внешнего лабораторного источника питания максимальное каскадное Uвых достигает значения до ± 42 В.

Меню программы редактирования сигналов произвольной формы моделей AFG-73000 включает возможность создания 3-х типов шума: однородного, гауссовского шум и шум Рэлея. Основное отличие заключается в законе распределения вероятностей.

Плотность вероятности равномерного шума	Плотность вероятности Гауссовского шума	Плотность вероятности шума Рэлея

При всех одинаковых настройках в генераторе на экране осциллографа выходной сигнал будет выглядеть следующим образом (в зависимости от типа распределения вероятности):

А) Равномерный шум. Тип шума, относящийся к среднему распределению	Б) Гауссовский шум. Тип шума, относящийся к нормальному распределению	В) Шум Рэлея. Тип шума, относящийся к положительному распределению

Для примера, смоделируем сигнал синусоидальной формы 6 Впик-пик частотой 40 кГц с наличием шумовой составляющей 200 мВпик-пик.

1. Сначала необходимо создать синусоидальный сигнал 6 Впик-пик частотой 40 кГц.

Для этого в настройках оператор должен установить:

• Длину формы - 5000 точек
• Уровень +3 В =19660 / -3 В =19660 (амплитудное представление программного обеспечения вычисляется напрямую в 16-битных точках, полный диапазон +32767 … -32767 соответствует 10Vpp (+ 5V … -5V))

Остальные параметры, например, длину сигнала в точках формы (point), частотный диапазон, период, начальную фазу и т. д., пользователь может установить по своему усмотрению в соответствии с требованиями измерительного приложения.

2. Далее следует кликнуть «Курсор» на панели инструментов в верхней части программы и с помощью мыши выбрать область для изменения настроек.

3. Выбрать функцию математика (Math) >> Добавить (ADD)

4. Выбрать добавление равномерного шума (Uniform Noise), выполнить настройку значения амплитуды 200 мВ (32767/ 5V*0.1V = 655(точек) ~ -32767/ 5V*0.1V = -655 (точек))

5. Результат, полученный после сложения двух составляющих в режиме «ADD», показан на рисунке ниже

6. Сохраните отредактированный файл и загрузите его в AFG-73000 через USB flash –накопитель, далее выполните настройки выходных параметров - диапазон и амплитуду (AMPL) на приборе в значение 10Впик-пик.

7. Подключите к генератору цифровой осциллограф, включите выход генератора и наблюдайте на экране зашумленный сигнал синусоидальной (выбранная форма с наложением заданной шумовой компоненты – рис.10).

Синусоидальный сигнал без шума	Синусоидальный сигнал с шумом

Автор:  GW Instek
Дата публикации:  18.03.2021