forcechemtech.com

  

Beste Artikel:

  
Main / Was ist ein Generator für harmonische Wellenfunktionen?

Was ist ein Generator für harmonische Wellenfunktionen?

Wir verwenden Cookies, um Ihnen eine bessere Erfahrung zu bieten. Wenn Sie weiterhin auf der Website surfen, stimmen Sie der Verwendung von Cookies gemäß unserer Cookie-Richtlinie zu.

Eric verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis, indem er alle verfügbaren Informationen sortiert und den qualitativ besten Inhalt für die Veröffentlichung im signalintegrityjournal findet. Ich benutze einen Funktionsgenerator als Quelle, um Schaltkreise zu stimulieren und ihre Reaktion zu messen. Ich habe mich gefragt, wie viel besser die Sinuswelle des teureren Funktionsgenerators im Vergleich zu den kostengünstigeren Einheiten ist. Wie viel Knall bekommst du für dein Geld?

Mit meinem Oszilloskop konnte ich diese drei Sinusquellen vergleichen und eine einfache Methode ausarbeiten, um jede Quelle mit einer idealen Quelle zu vergleichen. Diese Methode kann auf jede Wellenform angewendet werden.

Die drei verfügbaren Quellen sind in Abbildung 1 dargestellt. Der Funktionsgenerator mit mittlerem Preis ist der Wellenformgenerator, der in den Digilent Analog Discovery-Bereich integriert ist. Der High-End-Funktionsgenerator ist eine Teledyne LeCroy WaveStation, die den Geräten von Keysight und anderen High-End-Anbietern sehr ähnlich ist.

Abbildung 1. Der erste Schritt bei der Charakterisierung der Sinuswellenquellen besteht darin, ihren Spannungsausgang an einem Oszilloskop zu untersuchen. Abbildung 2 zeigt die gemessenen Signale, wenn sie jeweils für eine 50-kHz-Sinuswelle mit einer Amplitude von 1 V und ohne Offset eingerichtet wurden.

Das Oszilloskop wurde eingerichtet, um das Signal von jedem Generator zu messen, alle auf derselben Skala von 4 V Vollausschlag, 50 Ohm Abschluss und derselben Zeitbasis von 50 usec Vollausschlag. Abbildung 2. Die flache Linie ist die Spannung auf Kanal 4 ohne Eingang, die als Referenz für den Systemrauschpegel verwendet wird. Die vertikale Auflösung des Oszilloskops beträgt 12 Bit. Auf den ersten Blick sehen sie alle gleich aus. Dies ist der Zeitpunkt, an dem wir die Leistungsfähigkeit von Analysewerkzeugen zur Analyse der Signale freisetzen können.

Der zweite Schritt ist die Verwendung einer FFT. Alle modernen Bereiche können den Messdatenerfassungspuffer verwenden, eine FFT durchführen und das Signal im Frequenzbereich anzeigen. Ich habe die Zeitbasisskala geändert, um eine Auflösung von 100 Hz und einen Frequenzbereich von 1 MHz zu erhalten. Dies sind ungefähr 20.000 Proben, die zur Berechnung des Spektrums verwendet werden. Abbildung 3 zeigt den Vergleich der vier Spektren. Neben der Messung der drei Funktionsgeneratoren habe ich auch das Rauschen auf einem Kanal gemessen, an dem nichts angeschlossen ist.

Dies ist immer eine nützliche Basis, wenn wir das Unkraut auf die feinen Details von Signalen untersuchen. Abbildung 3. Berechnetes Spektrum für die drei Quellen und das Kanalrauschen. Die Generatoren WaveStation und Digilent weisen eine sehr ähnliche harmonische Verzerrung auf. Die Amplitude der ersten Harmonischen beträgt ungefähr 60 dBmV oder 1 V Amplitude, genau wie erwartet.

Die dritte Harmonische ist ungefähr -10 dBmV oder 0. Die geraden Harmonischen sind niedriger. Diese höheren Harmonischen sind mehr als 70 dB niedriger als die erste Harmonische, aber die Harmonischenverteilungen unterscheiden sich geringfügig.

Der kostengünstige Funktionsgenerator hat 30 dB größere Harmonische und signifikante Subharmonische. Die spektrale Qualität ist eindeutig schlechter.

Die Oszilloskop-Basislinie zeigt ein ähnliches Grundrauschen von -40 dBmV, was einer äquivalenten Amplitude von 10 uV entspricht. Dies ist mit dem LSB von 1000 uV zu vergleichen. Um dieses Grundrauschen zu erhalten, werden im Zeitbereich effektiv über 20.000 Messungen gemittelt. Aufgrund der Abtastfrequenzen im ADC des Oszilloskops gibt es nur wenige Störspitzen unterhalb des 100-uV-Spitzenpegels. Während dies eine ähnliche Qualität der harmonischen Verzerrung des High-End und meines Digilent-Funktionsgenerators zeigt, ist es schwierig zu verstehen, wie sich diese spektrale Verzerrung auf das ursprüngliche Zeitbereichssignal auswirkt.

Wir können diese Frage bewerten, indem wir die gemessenen Sinuswellen mit simulierten idealen Sinuswellen vergleichen. Die Kollision zweier Welten: Die ideale Welt und die reale Welt.

In allen Bereichen können die gemessenen Spannungs-Zeit-Daten in eine CSV-Datei exportiert werden. Diese CSV-Datei kann in einen SPICE-Simulator importiert und direkt mit einer idealen Sinuswelle verglichen werden, um den Rest zu sehen. Abbildung 4 zeigt das Menü zum Speichern jeder Wellenform. In diesem Bereich habe ich sechs verschiedene Formate zur Auswahl. Ich habe das Excel-CSV-Format verwendet. Nach dem Entfernen der Textüberschriften in dieser Datei ist dies genau das Format, das der Simulator lesen kann.

Abbildung 4. Für einen Open Source-Simulator ist er funktionsreich und einfach zu bedienen. Ich habe eine dateibasierte Spannungsquelle verwendet, um die CSV-Daten von jedem Kanal des Oszilloskops zu lesen. Dies ist ansonsten als stückweise lineare Spannungsquelle bekannt. Auf diese Weise ist keine Interpolation erforderlich. Jede gemessene Sinuswelle wurde als dateibasierte Spannungsquelle in die QUCS-Simulationsumgebung gebracht.

Die Spannung am Ausgangsknoten der dateibasierten Spannungsquelle war die gemessene Spannung für jeden Kanal. Eine ideale Sinuswellenquelle wurde simuliert, um sie mit der gemessenen Sinuswelle zu vergleichen. Eine ideale Sinuswelle hat nur drei Gütezahlen oder Parameter, die sie definieren: Ich habe eine DC-Vorspannungsquelle hinzugefügt, um eine vierte Gütezahl bereitzustellen, um die realen DC-Offsets in realen Wellenformen zu berücksichtigen.

Diese vier Terme wurden parametrisiert, sodass ich sie variieren konnte, bis die simulierten und gemessenen Sinuswellen den kleinsten Restunterschied ergaben. Abbildung 5 zeigt die für eines der Sinuswellenpaare eingerichtete Schaltung und die optimierten Parameter.

Abbildung 5. Die einfache Schaltung zum Vergleichen einer realen gemessenen Wellenform mit einer simulierten idealen Wellenform und die Parameter zum Einrichten der idealen Sinuswelle. Der Restfehler und einige Statistiken wurden automatisch berechnet. Mit dieser Simulationsumgebung kann ich die beiden Welten der real gemessenen Sinuswelle mit der idealen simulierten Sinuswelle kollidieren.

Ich habe dies für jede der vier Wellenformen getan, einschließlich des Konstantspannungsreferenzkanals. Ich habe die vier Gütezahlen für jede Sinuswelle optimiert, um den Rest zu minimieren. Was bleibt, ist der nicht ideale Fehler in jeder gemessenen Sinuswelle.

Diese sind in Abbildung 6 zusammengefasst. Abbildung 6. Obere Reihe: Vergleich der gemessenen Sinuswellen und der optimierten idealen Sinuswellen für die drei Funktionsgeneratorsignale. Die untere Reihe von Diagrammen sind die Residuen.

Beachten Sie, dass das LSB ungefähr 0 ist. Die hohen und niedrigen LSB-Werte sind horizontale rote Linien. Der Vergleich zeigt, was Sie mit einem High-End-Funktionsgenerator für viel Geld bekommen. Die Restfehler der gemessenen Sinuswelle sind nahezu vergleichbar mit dem Rauschen auf Kanal 1, wie in der Abbildung ganz rechts dargestellt. Die Standardabweichung des Kanalrauschens beträgt 2.

Der eBay-Funktionsgenerator zeigt einen viel größeren Restfehler als die Sinusquelle mit mittlerem Preis. Diese Technik ist eine allgemeine Methode zur Bewertung, wie nahe das ideale Verhalten einer Wellenquelle ist. Wenn es mit einer analytischen Funktion beschrieben werden kann, kann die ideale Wellenform genau berechnet und mit der gemessenen Wellenform verglichen werden.

Dies ist die gleiche Technik, mit der jede reale Schaltung mit ihrem idealen simulierten Modell verglichen wird. Wir messen den an die Schaltung angelegten Reiz und seine Reaktion und vergleichen diese Messungen mit der simulierten Reaktion. Die Residuen sind ein Maß für die Kombination der Genauigkeit unseres Messsystems und der Qualität des Modells.

Diese Methode ist Teil der besten Analysepraktiken, um Vertrauen in unsere Fähigkeit zu gewinnen, Verhaltensweisen genau vorherzusagen: Signalintegrität. Messen von drei verschiedenen Funktionsgeneratoren Mit meinem Oszilloskop konnte ich diese drei Sinuswellenquellen vergleichen und eine einfache Methode zum Vergleichen jeder Quelle mit einer idealen Quelle ausarbeiten. Zweiter Schritt in der Analyse: Die ideale Welt und die reale Welt Alle Bereiche ermöglichen den Export der gemessenen Spannungs-Zeit-Daten in eine CSV-Datei.

Dies war ein Intervall von 8 ns zwischen gemessenen oder simulierten Punkten. Aktuelle Kommentare Entwicklungshistorien helfen uns neuen Ingenieuren zu verstehen, wo ... Punkt 4 sagt: Ist das Material in der ... Sehr nützliche und großartige Informationen. Großartiger Artikel über Sinuswellenmessung und -vergleiche - Eric. Missbräuchlichen Kommentar melden.

(с) 2019 forcechemtech.com