Bộ tạo tín hiệu: Sự khác biệt giữa công nghệ Analog và Digital

.

Bộ tạo tín hiệu tạo ra các dạng sóng chính xác và có kiểm soát, như dạng sóng hình sin, sóng vuông hay các điều chế phức tạp, để đo kiểm, xác minh và khắc phục sự cố các thiết lập điện. Ông Andrew Herrera, chuyên gia từ Keysight Technologies cho biết.

Bộ tạo tín hiệu có thể trở thành người đồng hành đắc lực của bạn trong rất nhiều tình huống, chẳng hạn khi bạn cần tinh chỉnh hệ thống âm thanh có độ trung thực cao, gỡ lỗi kênh liên lạc số hoặc phát triển công nghệ radar tiên tiến. Thiết bị này tái tạo lại các điều kiện trong thế giới thực, từ tần số âm thanh đến các mẫu hình kỹ thuật số và sóng vô tuyến. Từ việc đo kiểm các linh kiện cơ bản cho đến các hoạt động nghiên cứu và đổi mới sáng tạo tiên tiến, bộ tạo tín hiệu là yếu tố cần thiết để giải quyết vấn đề và phát triển hướng tới tương lai.

Nắm bắt các đặc điểm và thông số kỹ thuật chính của bộ tạo tín hiệu cũng giống như tìm hiểu thành phần trong một công thức nấu ăn; chúng ta chỉ có thể đạt được kết quả mong muốn khi có các thành phần chính xác. Khi trên thị trường có quá nhiều lựa chọn, cần hiểu rõ bộ tạo tín hiệu nào là tốt nhất để đạt được mục tiêu dự án.

Keysight Analog Signal Generator AP5001A

Các tính năng quan trọng của bộ tạo tín hiệu

Các bộ tạo tín hiệu cao cấp được hiệu chuẩn kỹ lưỡng sẽ cho độ tin cậy và độ chính xác đáp ứng tốt nhất yêu cầu của các dự án kỹ thuật. Các thiết bị này đã được kiểm thử và tinh chỉnh kỹ lưỡng để đảm bảo tín hiệu luôn chính xác và ổn định. Do đó, nhằm tránh chậm trễ và phát sinh chi phí, đội ngũ kỹ sư cần tin tưởng độ chính xác của các thiết bị này.

Cần hiểu rõ các đặc điểm và tính năng chính của bộ tạo tín hiệu. Một bộ tạo tín hiệu analog tạo ra các dạng sóng liên tục, còn bộ tạo tín hiệu số tạo ra dạng sóng từ các giá trị rời rạc. Để lựa chọn được giải pháp phù hợp, bạn phải hiểu rõ các tính năng và ứng dụng khác nhau.

• Dải tần: Yếu tố rất cần thiết để xác định phạm vi nhiệm vụ mà bộ tạo tín hiệu có thể xử lý, bao gồm cả các ứng dụng tần số thấp và tần số cao. Thiết bị dải tần rộng có độ linh hoạt cao hơn, có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng hơn.
• Dải biên độ: Dải biên độ rộng hơn nâng cao tính linh hoạt và độ chính xác, giúp bộ tạo tín hiệu đáp ứng các yêu cầu cụ thể của các ứng dụng khác nhau và đảm bảo kết quả đo kiểm chính xác và đáng tin cậy.
• Khả năng điều chế: Để mô phỏng chính xác các tình huống trong thế giới thực, các bộ tạo tín hiệu phải hỗ trợ nhiều kỹ thuật điều chế, bao gồm AM, FM cho tới các điều chế kỹ thuật số tinh vi hơn.
• Công suất ra: Công suất ra đủ và có thể điều chỉnh cho phép vận hành hệ thống hoặc mạch ở các cấp độ khác nhau, một điều kiện quan trọng đối với các bài đo kiểm tra tải và các đánh giá khác.
• Độ phân giải: Độ phân giải cao cho kết quả kiểm tra chính xác, cho phép bạn phân tích và hiểu biết chi tiết về hệ thống hoặc mạch.
• Định dạng của dạng sóng: Các ứng dụng khác nhau cần các dạng sóng khác nhau, chẳng hạn như sóng hình sin, hình vuông và tam giác, vì vậy phải đảm bảo bộ tạo tín hiệu có thể tạo các định dạng tín hiệu phù hợp để đo kiểm chính xác.

Bộ tạo tín hiệu analog

Bộ tạo tín hiệu analog cung cấp tín hiệu sóng liên tục hình sin (CW) với các tùy chọn điều chế AM, FM, điều chế pha (ΦM) và điều chế xung. Dải tần số từ RF đến mmWave. Hầu hết các bộ tạo tín hiệu loại này có các chế độ quét theo bước/ danh sách để mô tả hoặc hiệu chuẩn các thiết bị thụ động. Các bộ tạo tín hiệu này cho tần số và độ chính xác theo chuẩn đo lường, đáp ứng tốt yêu cầu của các nhiệm vụ có độ chính xác cao.

Bộ tạo tín hiệu tương tự là thiết bị trọng yếu để thử nghiệm radar Doppler trong điều kiện thực tế. Với đặc tính nhiễu pha thấp, các bộ tạo tín hiệu này lý tưởng cho các ứng dụng cần tín hiệu có độ tinh khiết và ổn định cao, chẳng hạn như các hệ thống radar dự báo thời tiết và kiểm soát không lưu. Trong những môi trường này, mọi sai lệch hoặc nhiễu đều có thể dẫn đến dữ liệu không chính xác.

Bộ tạo tín hiệu số

Không giống như dạng sóng, các bộ tạo tín hiệu số tạo ra các chuỗi mức logic hoặc các mẫu hình số. Những mô hình này rất cần thiết để đánh giá logic và định thời của các mạch số và hiệu năng của chúng trong các điều kiện khác nhau.

Các ứng dụng điển hình:

• Kiểm thử ở cấp hệ thống: Đảm bảo rằng các hệ thống số phức tạp vận hành như dự định, giúp xác minh khả năng tương thích giữa các thành phần.
• Kiểm tra vi mạch: Đánh giá các mạch tích hợp riêng lẻ, xác định lỗi sản xuất hoặc lỗi thiết kế.
• Gỡ lỗi: Hỗ trợ đội ngũ kỹ sư khắc phục sự cố mạch, tập trung vào các vấn đề liên quan đến định thời hoặc logic.

Trong ngành ô tô, các bộ tạo mẫu hình số đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của các khối điều khiển điện tử (ECU), quản lý toàn diện từ hiệu năng động cơ đến các hệ thống an toàn. Thông qua mô phỏng các điều kiện lái xe bằng các hình mẫu số được xác định trước, các kỹ sư có thể kiểm thử ECU theo nhiều kịch bản. Từ đó họ có thể xác định lỗi hoặc các điểm yếu, đảm bảo các hệ thống của xe hoạt động hoàn hảo ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt.

Các ứng dụng khác nhau

Có nhiều loại bộ tạo tín hiệu analog và số khác nhau, phụ thuộc vào RF đến vectơ hoặc chức năng, vì vậy các kỹ sư phải căn cứ vào mục tiêu cuối cùng để chọn giải pháp tốt nhất.

• Đo kiểm phổ thông: Một bộ tạo tín hiệu với dải tần rộng và công suất ra cao là bộ tạo tín hiệu tốt nhất cho đo kiểm phổ thông. Ngoài ra, cần lưu ý tới các khả năng điều chế như biên độ, tần số, quét và xung khi đo kiểm tín hiệu định kỳ.
• Ứng dụng viễn thông: Dải tần rộng và sàn nhiễu thấp là các tính năng cần thiết cho ứng dụng viễn thông. Các tính năng này đảm bảo đo kiểm chính xác và tạo tín hiệu với nhiễu tối thiểu. Cần xem xét các định dạng điều chế phức tạp được sử dụng trong lĩnh vực viễn thông, chẳng hạn như điều chế dịch tần (FSK) và điều chế pha (PM).
• Thiết bị âm thanh và hình ảnh: Độ biến dạng thấp là đặc tính trọng yếu trong kiểm tra thiết bị âm thanh và hình ảnh, vì chúng đảm bảo tín hiệu được tạo có chất lượng cao và không bị biến dạng. Ngoài ra, còn cần lưu ý đến các khả năng điều chế như điều chế khóa dịch biên độ (ASK), điều chế khóa dịch tần số, điều chế mã xung (PCM) và điều chế cầu phương (QM).
• Đo kiểm ô tô: Thiết bị điện tử trên xe ô tô phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, cần có dải tần rộng và công suất ra cao. Do đó, bộ tạo tín hiệu phải tạo được các tín hiệu chính xác và đáng tin cậy.

Chọn bộ tạo tín hiệu phù hợp

Đo kiểm chính xác và đáng tin cậy là điều kiện trọng yếu đảm bảo chất lượng và hiệu suất của thiết kế. Trong bối cảnh thị trường có nhiều loại bộ tạo tín hiệu, việc tìm được bộ tạo tín hiệu phù hợp có thể mất nhiều thời gian. Mặc dù các bộ tạo tín hiệu công nghệ analog và công nghệ số có sự khác biệt đáng kể, nhưng điểm quan trọng thực sự của các bộ tạo tín hiệu là tính năng và sự phù hợp với các yêu cầu của dự án.

Bộ tạo tín hiệu analog phù hợp lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi tín hiệu có độ tinh khiết và nhiễu pha thấp, chẳng hạn như đo kiểm RF và vi sóng. Các bộ tạo tín hiệu số tốt hơn cho các ứng dụng hệ thống truyền thông hiện đại và các dự án nghiên cứu tiên tiến, vì chúng có tính linh hoạt và độ chính xác cao hơn khi tạo ra các dạng sóng phức tạp. Lựa chọn sai giải pháp có thể tiêu tốn thời gian và tiền bạc do phải lặp lại công việc. Do đó, cần chọn đúng bộ tạo tín hiệu để có được dữ liệu cần thiết phục vụ tinh chỉnh và cải thiện thiết kế.

Andrew Herrera

Giới thiệu về tác giả:

Andrew Herrera là một chuyên gia tiếp thị sản phẩm có kinh nghiệm về các giải pháp tần số vô tuyến và Internet of Things. Andrew là giám đốc tiếp thị sản phẩm cho phần mềm đo kiểm RF tại Keysight Technologies, phụ trách máy phân tích tín hiệu vectơ PathWave 89600, các ứng dụng tạo tín hiệu và phân tích tín hiệu X-Series của Keysight. Andrew cũng phụ trách các giải pháp đo kiểm tự động như Keysight PathWave Measurements và phần mềm PathWave Instrument Robotic Process Automation (RPA).