신호 발생기

신호 발생기(signal generator)는 진폭, 진동수 및 파형의 설정된 속성을 가진 전기 신호를 생성하는 전자 장치의 일종이다. 이 생성된 신호는 전자 측정의 자극으로 사용되며, 일반적으로 전자 또는 전기 음향 장치의 설계, 테스트, 문제 해결 및 수리에 사용되지만 예술적인 용도로도 자주 사용된다.

다양한 목적과 응용 분야, 그리고 다양한 비용 수준을 가진 여러 종류의 신호 발생기가 있다. 이러한 종류에는 함수 발생기, RF 및 마이크로파 신호 발생기, 피치 발생기, 임의 파형 발생기, 디지털 패턴 발생기 및 주파수 발생기가 포함된다. 일반적으로 모든 가능한 응용 분야에 적합한 단일 장치는 없다.

신호 발생기는 보정된 진동수와 진폭을 가진 발진기만큼 단순할 수 있다. 더 범용적인 신호 발생기는 신호의 모든 특성을 제어할 수 있다. 최신 범용 신호 발생기는 마이크로프로세서 제어를 가지며 개인용 컴퓨터로도 제어할 수 있다. 신호 발생기는 독립형 자체 포함 기기일 수도 있고, 더 복잡한 자동 테스트 시스템에 통합될 수도 있다.

역사
1928년 6월, 제너럴 라디오 403은 최초로 상용화된 신호 발생기였다. 이 제품은 500 Hz에서 1.5 MHz의 주파수 범위를 지원했다. 또한 1929년 4월, 최초의 상용 주파수 표준이 제너럴 라디오에 의해 50 KHz 주파수로 판매되었다.

범용 신호 발생기

함수 발생기
섬네일|350px|리더 인스트루먼트 LSG-15 신호 발생기

함수 발생기는 단순한 반복 파형을 생성하는 장치이다. 이러한 장치에는 반복 파형을 생성할 수 있는 전자 회로인 전자 발진기가 포함되어 있다. (최신 장치는 디지털 신호 처리를 사용하여 파형을 합성하고, DAC를 사용하여 아날로그 출력을 생성할 수 있다.) 가장 일반적인 파형은 사인파이지만, 톱니파, 계단(펄스), 방형파, 삼각파 발진기가 일반적으로 사용 가능하며, 임의 파형 발생기(AWG)도 있다. 발진기가 사람의 가청 범위(>20 kHz) 이상에서 작동하는 경우, 발생기에는 종종 AM, FM 또는 PM과 같은 일종의 변조 기능과 저주파 변조 파형을 제공하는 두 번째 발진기가 포함될 수 있다.

임의 파형 발생기

임의 파형 발생기(AWG 또는 ARB)는 공표된 진동수 범위, 정확도 및 출력 레벨의 한계 내에서 임의의 파형을 생성하는 정교한 신호 발생기이다. 소수의 특정 파형을 생성하는 함수 발생기와 달리, AWG는 사용자가 다양한 방식으로 소스 파형을 지정할 수 있도록 한다. AWG는 일반적으로 함수 발생기보다 비싸고 대역폭이 작을 때가 많다. AWG는 고급 설계 및 테스트 애플리케이션에 사용된다.

RF 및 마이크로파 신호 발생기
RF(무선 주파수) 및 마이크로파 신호 발생기는 셀룰러 통신, 와이파이, 와이맥스, GPS, 오디오 및 비디오 방송, 위성 통신, 레이더 및 전자전을 포함한 광범위한 응용 분야에서 부품, 수신기 및 테스트 시스템을 테스트하는 데 사용된다. RF 및 마이크로파 신호 발생기는 일반적으로 유사한 기능과 성능을 가지고 있지만, 주파수 범위에 따라 구별된다. RF 신호 발생기는 일반적으로 몇 kHz에서 6 GHz까지의 범위를 가지며, 마이크로파 신호 발생기는 1 MHz 미만에서 최소 20 GHz까지 훨씬 더 넓은 주파수 범위를 커버한다. 일부 모델은 직접 동축 출력으로 70 GHz까지 도달하며, 외부 도파관 멀티플라이어 모듈과 함께 사용하면 수백 GHz까지 도달할 수 있다. RF 및 마이크로파 신호 발생기는 아날로그 또는 벡터 신호 발생기로 더 분류될 수 있다.

아날로그 신호 발생기
right|400px|섬네일|아날로그 RF 신호 발생기
사인파 발진기를 기반으로 하는 아날로그 신호 발생기는 디지털 전자 장치의 출현 이전에 흔히 사용되었으며, 여전히 사용되고 있다. 무선 주파수 및 저주파 신호 발생기의 목적과 설계에는 뚜렷한 차이가 있었다.

RF
RF 신호 발생기는 정의되고 조절 가능한 진폭과 주파수의 연속파 무선 주파수 신호를 생성한다. 많은 모델은 표준 장비로 또는 기본 장치의 옵션 기능으로 다양한 유형의 아날로그 변조를 제공한다. 여기에는 AM, FM, ΦM(위상 변조) 및 펄스 변조가 포함될 수 있다. 일반적인 기능은 신호의 출력 전력을 변경하는 감쇠기이다. 제조업체 및 모델에 따라 출력 전력은 -135에서 +30 dBm까지 다양하다. 다양한 출력 전력 범위가 바람직한데, 다른 응용 분야에는 다른 양의 신호 전력이 필요하기 때문이다. 예를 들어, 신호가 매우 긴 케이블을 통해 안테나로 이동해야 하는 경우, 케이블을 통한 손실을 극복하고 안테나에 충분한 전력을 공급하기 위해 높은 출력 신호가 필요할 수 있다. 그러나 수신기 감도를 테스트할 때는 낮은 신호 대 잡음비 조건에서 수신기가 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 낮은 신호 레벨이 필요하다.

RF 신호 발생기는 벤치톱 기기, 랙 마운트 기기, 내장형 모듈 및 카드 레벨 형식으로 제공된다. 모바일, 현장 테스트 및 항공 응용 분야는 더 가볍고 배터리로 작동되는 플랫폼의 이점을 얻는다. 자동화 및 생산 테스트에서는 다중 소스 제어를 허용하는 웹 브라우저 액세스 및 더 빠른 주파수 전환 속도가 테스트 시간과 처리량을 향상시킨다.

RF 신호 발생기는 무선 수신기를 서비스하고 설정하는 데 필요하며, 전문 RF 응용 분야에 사용된다.

RF 신호 발생기는 주파수 대역, 전력 용량(-100 ~ +25 dBc), 다양한 반송파 주파수에서의 단일 측파대 위상 잡음, 스퓨리어스 및 고조파, 주파수 및 진폭 스위칭 속도, 변조 기능으로 특징지어진다.

AF
저주파 신호 발생기는 저주파 범위 이상에서 신호를 생성한다. 초기 사례로는 1939년 휴렛 팩커드에서 판매된 첫 번째 제품인 HP200A 오디오 발진기가 있다. 응용 분야에는 오디오 장비의 주파수 응답 확인 및 전자 연구실에서의 다양한 용도가 포함된다.

장비 디스토션은 매우 낮은 왜곡 오디오 발생기를 신호원으로 사용하여 측정할 수 있으며, 파형 분석기를 통해 출력 왜곡 고조파를 하나씩 측정하거나, 단순히 총 고조파 왜곡을 측정하는 적절한 장비와 함께 사용한다. 상대적으로 간단한 회로를 가진 오디오 신호 발생기로 0.0001%의 왜곡을 달성할 수 있다.

벡터 신호 발생기
right|400px|섬네일|벡터 신호 발생기
디지털 통신 시스템의 출현으로, 기존의 아날로그 신호 발생기로는 이러한 시스템을 적절하게 테스트하는 것이 더 이상 불가능해졌다. 이는 디지털 신호 발생기로도 알려진 벡터 신호 발생기의 개발로 이어졌다. 이러한 신호 발생기는 QAM, QPSK, FSK, BPSK 및 OFDM과 같은 수많은 디지털 변조 형식을 사용할 수 있는 디지털 변조 무선 신호를 생성할 수 있다. 또한, 최신 상업용 디지털 통신 시스템은 거의 모두 잘 정의된 산업 표준을 기반으로 하므로, 많은 벡터 신호 발생기는 이러한 표준을 기반으로 신호를 생성할 수 있다. 예시로는 GSM, W-CDMA, CDMA2000, LTE, Wi-Fi(IEEE 802.11), WiMAX(IEEE 802.16)이 있다. 대조적으로, 견고성과 정보 보안에 큰 중요성을 두는 JTRS와 같은 군사 통신 시스템은 일반적으로 매우 독점적인 방법을 사용한다. 이러한 유형의 통신 시스템을 테스트하기 위해 사용자는 종종 자체 맞춤형 파형을 생성하고 이를 벡터 신호 발생기에 다운로드하여 원하는 테스트 신호를 생성한다.

디지털 패턴 발생기

논리 신호 발생기 또는 데이터 패턴 발생기 또는 디지털 패턴 발생기는 논리 신호, 즉 기존 전압 수준 형태의 논리 1과 0을 생성한다. 일반적인 전압 표준은 LVTTL 및 LVCMOS이다.
이는 다른 아날로그 특성(예: 펄스 상승/하강 시간, 높은 레벨 길이 등)을 가진 논리 펄스를 생성할 수 있는 신호 발생기를 의미하는 "펄스/패턴 발생기"와는 다르다.

디지털 패턴 발생기는 디지털 집적 회로 및 임베디드 시스템의 기능 검증 및 테스트를 위한 자극원으로 사용된다.

특수 목적 신호 발생기
섬네일|right|피치 발생기와 많은 선들 중에서 특정 전선 쌍을 찾는 데 사용되는 프로브. 예를 들어, 펀치 블록에서.

위에 설명된 범용 장치 외에도 특정 응용 분야를 위해 설계된 여러 종류의 신호 발생기가 있다.

피치 발생기 및 오디오 발생기

피치 발생기는 오디오 및 음향학 응용 분야에 최적화된 신호 발생기의 한 유형이다. 피치 발생기는 일반적으로 인간의 가청 범위(20 Hz ~ 20 kHz)의 사인파를 포함한다. 정교한 피치 발생기에는 스위프 발생기(주파수 영역 측정을 위해 출력 주파수를 범위 내에서 변경하는 기능), 다중 피치 발생기(여러 피치를 동시에 출력하여 상호변조 왜곡 및 기타 비선형 효과를 확인하는 데 사용됨), 톤 버스트(과도 응답 측정을 위해 사용됨)가 포함된다. 피치 발생기는 일반적으로 방이나 음향 재생 시스템의 음향을 측정할 때 소음계 및 오실로스코프 또는 전문 오디오 분석기와 함께 사용된다.

많은 피치 발생기는 디지털 도메인에서 작동하며, AES3 또는 SPDIF와 같은 다양한 디지털 오디오 형식으로 출력을 생성한다. 이러한 발생기에는 클리핑, 지터, 비트 오류와 같은 다양한 디지털 효과 및 문제를 자극하는 특수 신호가 포함될 수 있으며, 종종 디지털 오디오 형식과 관련된 메타데이터를 조작하는 방법도 제공한다.

신시사이저라는 용어는 음악용 오디오 신호를 생성하거나 약간 더 복잡한 방법을 사용하는 장치를 의미한다.

컴퓨터 프로그램
컴퓨터 프로그램은 범용 컴퓨터에서 임의의 파형을 생성하고 출력 인터페이스를 통해 파형을 출력하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로그램은 상업적으로 제공되거나 프리웨어일 수 있다. 단순한 시스템은 표준 컴퓨터 사운드 카드를 출력 장치로 사용하며, 출력 파형의 정확도를 제한하고 주파수를 저주파 대역 내로 제한한다.

영상 신호 발생기

영상 신호 발생기는 미리 정해진 비디오 및 텔레비전 파형과 텔레비전 및 비디오 시스템의 결함을 자극하거나 매개변수 측정에 도움이 되는 기타 신호를 출력하는 장치이다. 널리 사용되는 여러 종류의 영상 신호 발생기가 있다. 특정 유형에 관계없이, 영상 발생기의 출력은 일반적으로 수평 및 수직 동기 펄스(아날로그) 또는 동기어(디지털)를 포함하여 텔레비전에 적합한 동기화 신호를 포함한다. 복합 비디오 신호(예: NTSC 및 PAL) 발생기는 출력의 일부로 컬러버스트 신호도 포함한다. 영상 신호 발생기는 다양한 응용 분야와 다양한 디지털 형식으로 제공되며, 이들 중 다수는 오디오 생성 기능도 포함한다(오디오 트랙은 모든 비디오 또는 텔레비전 프로그램 또는 영화의 중요한 부분이기 때문).

 같이 보기 
 AN/URM-25D 신호 발생기, 1950년대 하드웨어로 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.
 디지털 패턴 발생기, 디지털(논리) 유형 신호 생성을 위한 장치
 유도 증폭기, 개별 전화 케이블 쌍을 찾는 데 사용된다.

 각주 

 외부 링크 

 함수 발생기 및 임의 파형 발생기 가이드북
 신호 발생기 사양 이해
 신호 발생기의 종류
 톤 신호 발생기

분류:실험 기구
분류:전자 테스트 장비