Векторный генератор сигналов vs аналоговый генератор сигналов: сценарии применения и выбор решения

1. Испытательный стенд с двумя генераторами, решивший производственную загадку

Контрактный производитель электроники, выпускающий беспроводные датчики, постоянно проваливал окончательную проверку примерно 6% своих Bluetooth-модулей. Неисправности проявлялись в виде показаний чувствительности ниже спецификации, но только периодически в разных партиях. Инженер-производственник подозревал, что модули находятся на грани, в то время как команда разработчиков настаивала на том, что архитектура приемника исправна. Решение пришло из неожиданного источника: производственная линия тестировала каждый модуль с помощью аналогового генератора сигналов, который не мог воспроизвести модуляцию Bluetooth, с которой модули столкнутся в реальных условиях.

Линия годами использовала тот же аналоговый генератор, потому что он уже был на стенде и все знали, как им управлять. Как только инженер подключил векторный генератор сигналов, настроенный на тестовый шаблон основной скорости Bluetooth, уровень отказов упал ниже 1%. Модули все это время были в порядке; тестовый сигнал не отражал реальных условий.

В этой статье сравниваются векторные генераторы сигналов и аналоговые генераторы сигналов по параметрам, важным для практического выбора: возможности модуляции, качество сигнала, стоимость и область применения. Мы поможем вам решить, какой тип генератора сигналов должен быть на вашем стенде, и когда имеет смысл иметь оба.

2. Что хорошо умеет аналоговый генератор сигналов

Аналоговый генератор сигналов создает несущий сигнал с простой модуляцией, реализованной с помощью аналоговых схем. Его основные выходные режимы: непрерывная волна, амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция и импульсная модуляция. Эти режимы охватывают удивительно большую часть базовых задач RF-тестирования, поэтому аналоговые генераторы по-прежнему широко используются в лабораториях и производственных линиях по всему миру.

Выход CW является основой многих измерений. Тесты чувствительности приемников для простых радиостанций, измерения вносимых потерь фильтров, характеризация усиления усилителей и тестирование антенн — все это полагается на чистый и стабильный источник CW. Аналоговый генератор здесь превосходен, потому что его выходной сигнал чист и предсказуем, с отличными фазовыми шумами и гармоническими характеристиками при относительно низкой стоимости.

Аналоговые генераторы также поддерживают режимы модуляции, полезные для устаревших систем. Приемники FM- и AM-вещания по-прежнему тестируются с помощью аналоговых генераторов. Авиационные радиосвязные радиостанции, использующие AM, и многие двусторонние радиостанции, использующие FM, продолжают полагаться на аналоговую генерацию сигналов. Если ваши продукты относятся к этим категориям, аналоговый генератор может быть вполне достаточным.

Импульсная модуляция — еще одно преимущество. Радарные приемники, некоторые спутниковые линии вниз и тестирование импульсных усилителей требуют импульсных ВЧ-сигналов с точной синхронизацией. Высококлассные аналоговые генераторы обеспечивают импульсную модуляцию с временем нарастания менее примерно 10 наносекунд и интервалами повторения импульсов, программируемыми до микросекунд, — возможности, с которыми некоторые векторные генераторы справляются менее изящно.

3. Что добавляет векторный генератор сигналов

Определяющей способностью векторного генератора сигналов является I/Q-модуляция. Он может создавать любую форму сигнала, которую можно описать как последовательность выборок I и Q, что охватывает все современные форматы цифровой модуляции: QPSK, QAM, OFDM, GFSK и многие другие. Это делает VSG единственным типом генератора сигналов, который может имитировать современный беспроводной передатчик для тестирования приемников.

4. Качество сигнала: где каждый прибор превосходит

Качество сигнала — это не одно число, а набор характеристик, которые имеют разное значение для разных измерений. Что касается фазового шума, высококлассные аналоговые генераторы исторически имеют преимущество, с показателями лучше примерно -130 дБн/Гц при смещении 10 кГц, доступными в топовых приборах. Современные векторные генераторы значительно сократили этот разрыв: среднеуровневые VSG достигают -115 дБн/Гц или лучше, что достаточно для почти всех тестов беспроводных приемников.

Для гармонических характеристик оба типа сопоставимы при одинаковом уровне цен. Гармоники ниже примерно -30 дБн являются стандартными, а высококачественные приборы достигают -40 дБн или лучше. Гармоники важны при тестировании приемников, которые должны подавлять внеполосные сигналы, поскольку собственные гармоники генератора могут маскировать отклик устройства.

Наиболее важной характеристикой для тестирования модулированных сигналов является EVM, которую только векторный генератор может осмысленно определить. EVM VSG на уровне 1% или лучше гарантирует, что тестовый сигнал достаточно чист, чтобы измерить истинную производительность приемника. Аналоговый генератор не имеет спецификации EVM, поскольку он не может создавать модулированную форму волны.

Для импульсных и быстродействующих приложений аналоговый генератор сохраняет преимущество в точности времени нарастания и ширины импульса. Тестирование радаров и импульсных усилителей часто требует длительности фронта импульса менее 10 наносекунд, что остается сильной стороной специализированных аналоговых импульсных генераторов. Векторный генератор может создавать импульсные сигналы, но его цифровая архитектура может вносить ограничения по времени нарастания, которые важны для этих специализированных измерений.

Многие современные векторные генераторы сигналов включают полнофункциональный аналоговый режим, позволяющий выдавать CW, AM, FM и импульсные сигналы через один и тот же прибор. Эта функция снижает необходимость владения двумя типами. Один VSG с аналоговым режимом охватывает полный диапазон от простых тестов чувствительности CW до сложной генерации сигналов 5G, часто с общей стоимостью ниже покупки двух отдельных генераторов.

Компания Dongguan Chenyi Electronics Co Ltd поставляет как аналоговые, так и векторные генераторы сигналов и часто помогает клиентам взвешивать этот компромисс. Для лабораторий, тестирующих только устаревшую модуляцию, мы рекомендуем высококачественный аналоговый генератор. Для лабораторий, занимающихся любой современной беспроводной работой, мы обычно рекомендуем векторный генератор с аналоговой возможностью, чтобы избежать последующей второй покупки.

6. Выбор подходящего генератора для вашего приложения

Основа принятия решений начинается с сигналов, которые должны обрабатывать ваши изделия. Если ваше тестируемое устройство общается с использованием любого стандарта цифровой модуляции, для реалистичного тестирования приемника требуется векторный генератор сигналов. Если ваши изделия являются чисто аналоговыми, например, AM-радио или аналоговые FM-трансиверы, может быть достаточно аналогового генератора.

7. Примеры из практики: оба типа в действии

Некоторое время назад компания по техническому обслуживанию авионики на Ближнем Востоке модернизировала свои возможности тестирования для VHF AM радиосвязи. Их существующий аналоговый генератор хорошо справлялся с тестами AM-приемников, но компания также начала обслуживать оборудование VHF для передачи данных, использующее цифровую модуляцию. Dongguan Chenyi Electronics поставила векторный генератор сигналов с аналоговым режимом для выполнения обеих задач. Теперь команда технического обслуживания использует один и тот же прибор для настройки AM-радио и тестирования приемников линии передачи данных, что позволяет снизить затраты на оборудование примерно на 35% по сравнению с покупкой двух отдельных генераторов.

Во втором примере учебная лаборатория университета нуждалась в демонстрации как базовой, так и продвинутой модуляции студентам бакалавриата. Лаборатория приобрела аналоговый генератор для вводных экспериментов с AM/FM и векторный генератор для курса продвинутой цифровой связи. Два прибора дополняют друг друга в учебной программе: студенты сначала изучают классическую модуляцию на аналоговом устройстве, а затем переходят к QAM и OFDM на векторном устройстве. Chenyi Electronics поставила оба прибора и предоставила обучение персоналу лаборатории.

8. Часто задаваемые вопросы

8.1 Может ли аналоговый генератор сигналов тестировать устройства Bluetooth?

Аналоговый генератор сигналов не может воспроизводить модуляцию GFSK стандарта Bluetooth, поэтому он не может служить реалистичным источником тестирования для приемников Bluetooth. Для базового тестирования чувствительности требуется векторный генератор сигналов с тестовым шаблоном Bluetooth. VSG генерирует точную форму волны GFSK, определенную в спецификации тестирования Bluetooth, что позволяет измерять производительность приемника в стандартизированных условиях. Без VSG проверка приемника Bluetooth невозможна.

8.2 Нужны ли мне и аналоговый, и векторный генераторы сигналов?

Не обязательно. Многие современные векторные генераторы сигналов включают аналоговый режим, который охватывает модуляцию CW, AM, FM и импульсную модуляцию. Если ваше тестирование включает только традиционную аналоговую модуляцию, достаточно аналогового генератора.

Если вы тестируете любые цифровые беспроводные продукты, VSG с аналоговым режимом обычно покрывает все ваши потребности одним прибором. Владение обоими типами имеет смысл в основном для специализированных приложений, где важны превосходные импульсные характеристики аналогового генератора или более низкая стоимость за единицу.

8.3 Стоит ли векторный генератор сигналов более высокой цены?

Ценность зависит от ваших продуктов. Если вы разрабатываете, тестируете или производите любое устройство, использующее цифровую беспроводную модуляцию, VSG не является опциональным; это единственный источник сигнала, который может эмулировать реальные сигналы, с которыми должно работать ваше устройство. Более высокая цена отражает дополнительные возможности и обычно окупается за счет проведения тестов, которые аналоговый генератор выполнить не может. Для чисто аналоговых продуктов аналоговый генератор обеспечивает лучшую ценность.

8.4 Как проверить приемник без векторного генератора сигналов?

Вы можете выполнить ограниченные тесты, используя аналоговый генератор с выходом CW, например, проверка насыщения приемника или базовой частотной характеристики. Однако вы не можете проверить характеристики демодуляции, уровень ошибок или чувствительность в реальных условиях без модулированного сигнала. Для современных беспроводных продуктов это делает векторный генератор сигналов практической необходимостью. Chenyi Electronics может помочь вам определить минимальную конфигурацию VSG, соответствующую вашим требованиям к тестированию.