Записки программиста

Еще в июне я писал о том, что покупка нового генератора сигналов пока не входит в мои планы. Удивительно, как быстро все меняется. Раньше генератором сигналов я действительно пользовался нечасто, и возможностей MHS-5200A мне вполне хватало. Но когда дело дошло до активных фильтров, смесителей и апконвертеров, ограничения и недостатки MHS-5200A стали весьма ощутимы. Так в моей лаборатории появился Rigol DG4162.

Rigol DG4162 является многофункциональным устройством, совмещающим в себе генератор сигналов произвольной формы и частотомер. Это довольно необычное сочетание. Но после блоков питания со встроенной колонкой, как бывает в мире любительского радио, таким вещам перестаешь удивляться. Устройство уже имеет корпус, большой цветной дисплей, элементы управления и блок питания. Действительно, почему бы не использовать их повторно? Заодно место на столе сэкономим.

Генератор сигналов выполнен по технологии прямого цифрового синтеза (DDS), двухканальный, 14-и битный. Максимальная частота выходного сигнала составляет 160 МГц. Есть функция sweep, различные модуляторы, и другие навороты, в которых я еще не успел разобрался. Устройство не из дешевых. Розничная цена в России на момент написания этих строк составляла ~1400$, примерно как у неплохого ноутбука. Не подумаете, что я сказочно богат, и сорю деньгами нелево и направо. Мне было трудно решиться на такую покупку. Но если держать в уме, что это долгосрочное вложение на 10+ лет вперед, которое сэкономит массу времени и нервов, а также позволит приобрести новые знания, то дебет с кредитом начинают сходиться.

Давайте проведем с Rigol DG4162 пару экспериментов. Например, выясним, хорошо ли откалиброван уровень сигнала:

Мой предыдущий генератор сигналов, MHS-5200A, имел два больших недостатка. Во-первых, амплитуда сигнала падала с частотой. Поэтому ее постоянно приходилось перепроверять. Во-вторых, амплитуду можно было вводить только в Vpp, но не в dBm. К этому стоит добавить, что генератор не умел выдавать больше 25 МГц, минимальная амплитуда составляла 0.2 Vpp, а еще в редких случаях он глючил и начинал показывать кракозябры. Генератор приходилось перезапускать и повторять эксперимент заново. Представьте, сколько времени и сил было из-за этого потрачено. И представьте, какой это глоток свежего воздуха, когда можно сказать «мне, пожалуйста, 145 МГц с уровнем -20 dBm» и быть уверенным, что именно они и будут на выходе.

Rigol DG4162 выдает синусоиду с уровнем от -56 dBm до 4 dBm на всех частотах до 160 МГц. Ниже 120 МГц уровень сигнала может составлять до 12 dBm, ниже 70 МГц — до 18 dBm, а ниже 20 МГц — до 24 dBm. Это четверть ватта! Выходной импеданс каждого канала может быть установлен в значение от 1 Ом до 10 кОм, либо в HighZ.

Проверим, насколько чист генерируемый сигнал:

Перед нами выход двух генераторов. Желтый трейс соответствует Rigol DG4162, а пурпурный — MHS-5200A. Оба генератора выдают сигнал с частотой 10 МГц и уровнем -3 dBm. В данном случае показан span в 5 МГц.

Тот же эксперимент, но со span в 100 МГц:

Признаю, во многих задачах подавления побочных продуктов на 40+ dB, как у MHS-5200A, хватит с лихвой. Но представьте, что вы генерируете LO для диодного кольцевого смесителя с уровнем 7 dBm. Вам предстоит понять, где побочные продукты самого смесителя, а где — генератора сигналов. Какой генератор вы предпочли бы использовать?

Упомянутая выше функция sweep крайне удобна при тестировании фильтров:

Допустим, мы хотим получить АЧХ фильтра по топологии Саллена-Ки из поста про активные фильтры. В генераторе ставим sweep time равный 500 ms, start 1 uHz, stop 20 kHz, размах указываем 1.5 Vpp. На осциллографе цену деления по горизонтали ставим 50 мс, по вертикали — 100 мВ. И просто получаем АЧХ, как на скриншоте.

Амплитуда падает в 2 раза примерно на 3.5 делениях по горизонтали. Десять делений соответствуют 20 кГц, значит 3.5 деления — это 7 кГц. Мы рассчитывали фильтр с полосой пропускания 6 кГц по уровню -3dB. Похоже на правду, с точностью до погрешности в номиналах компонентов. Сделать такое измерение занимает от силы минуту. До этого мне приходилось строить АЧХ фильтра по точкам в LibreOffice. Одно измерение занимало минимум 10 минут, это из расчета 20 точек с шагом 1 кГц, по 30 секунд на точку.

Вы спросите, а что мешало измерить фильтр при помощи Rigol DSA815-TG? Две вещи. Во-первых, этот анализатор спектра работает от 9 кГц. На самом деле, он работает и чуть ниже этой частоты. Однако на 2 кГц и ниже он абсолютно глухой. Во-вторых, аудиофильтры редко бывают рассчитаны на нагрузку 50 Ом. В общем, DSA815-TG создавался для другого. Теоретически, его можно приспособить под задачу при помощи SSB- или AM-модулятора. В данную теорию мной было инвестировано немало времени. Найти решение, надежно работающее во всех случаях, мне не удалось.

BNC-разъем частотомера расположен сзади устройства:

Частотомер работает без нареканий, главное указать правильный gate time. Помимо измерения частоты в моменте он также умеет считать минимум, максимум, среднее и стандартное отклонение. Обратите внимание, с какой точностью измеряется частота. Анализатором спектра, конечно, тоже можно измерять частоту, но с погрешностью ±5 Гц. Притом, делается это медленно, с постоянным изменением span и center frequency. В некоторых задачах, например, если нужно подобрать кварцевые резонаторы на близкую частоту, это никуда не годится.

Есть и другие приятные мелочи. Например, Rigol DG4162 можно настроить так, чтобы он стартовал с последними использованными настройками. Кроме того, каналы включаются и выключаются отдельными кнопками. Это очень удобно при работе над большим проектом с перерывами. Выключаем генератор, все кабели оставляем подключенными. Включаем, все настройки возвращаются. Притом, по умолчанию все каналы выключены. Проверяем, и, если все хорошо, включаем каналы. Казалось бы, ерунда, но в MHS-5200A ничего этого не было. Все настройки приходилось восстанавливать вручную, а кабели постоянно отключать и подключать обратно.

Дополнение: Помимо сигналов разной формы устройство умеет генерировать и качественный белый шум. Пример задачи, где нужен такой шум, описан в статье об измерении параметров усилителей.

Метки: Девайсы, Электроника.