Diferentes tipos de geradores e suas aplicações
Este artigo, aborda os tipos de geradores de sinais mais comuns encontrados no mercado, suas principais características e algumas aplicações práticas.
Fabrício Gonçalves Torres, pesquisador do IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
Geradores de sinais são equipamentos amplamente utilizados e possuem uma quantidade enorme de aplicações. É um equipamento indispensável para quem atua com telecomunicações, compatibilidade eletromagnética, desenvolvimentos de produtos, ou qualquer outra finalidade que necessite geração de sinais elétricos. Como exemplo, algumas aplicações são detalhadas a seguir.
- Testes em sistemas eletrônicos: permite a geração de sinais precisos e customizáveis, podendo realizar testes em condições que simulam situações reais.
- Telecomunicações: geradores de alta frequência permitem testar sistemas de comunicação, tais como redes móveis e satélites. Por meio de um gerador, é possível, por exemplo, estimar a sensibilidade de receptores, além de avaliar outros parâmetros.
- Áudio e vídeo: geradores podem ser usados para avaliar a resposta em frequência de amplificadores, microfones ou outros dispositivos de áudio ou vídeo.
- Automotivo: por meio da simulação de sinais de sensores automotivos, é possível avaliar dispositivos, tais como sistemas de gerenciamento de motor, por exemplo.
Geradores de sinais são encontrados no mercado com diversos nomes e possuem diferentes especificações técnicas, que devem ser entendidas por técnicos e engenheiros para o seu uso adequado na aplicação em que o gerador será empregado. A quantidade de geradores disponíveis não só se diferencia na frequência, cujas faixas variam a partir de DC até algumas dezenas de GHz, mas também, no seu princípio de funcionamento e na disponibilidade de recursos presentes no equipamento.
Gerador de funções
Um gerador de funções usualmente gera sinais de baixa frequência até algumas dezenas de MHz. Com este equipamento, é possível gerar sinais com algumas formas de onda básicas, que estão gravadas na memória do equipamento, tais como: senoidal, quadrada e triangular. Alguns parâmetros podem ser variados além da frequência (ou período) e da amplitude, como, por exemplo, duty cycle, e offset da forma de onda quadrada, transformando-a em ondas pulsantes.
Gerador de formas de onda arbitrárias
É uma versão melhorada de um gerador de funções, pois, além de poder gerar formas de onda básicas, este equipamento permite a geração de qualquer forma de onda criada pelo usuário. Normalmente, o gerador já possui em sua memória uma grande variedade de formas, além das principais (senoidal, quadrada e triangular).
Com este equipamento, é possível gerar sinais modulados ou pulsos lógicos para testes de alguns circuitos digitais de baixa frequência. Entretanto, suas aplicações continuam limitadas decorrente da faixa de frequência que, usualmente, é inferior a 100 MHz.
Na figura 1, um gerador de formas de onda arbitrárias é usado pelo Laboratório de Metrologia Elétrica do IPT para calibração do intervalo de tempo de um contador universal. Neste caso, a exatidão da frequência é essencial para este serviço.
Gerador de pulsos
Apesar de um gerador de funções ou de formas de onda arbitrárias terem a capacidade de gerar pulsos, eles são limitados na frequência e no tempo de subida.
Para testes em circuitos digitais de alta velocidade e sistemas de telecomunicações, geradores de pulsos são mais adequados por gerarem o pulso com tempo de subida extremamente baixo, ou seja, a mudança de estado do bit é realizada de forma bastante rápida. Para isso, estes geradores devem possuir alta largura de banda (> 1 GHz) para garantir a velocidade necessária, já que este parâmetro influencia significativamente no tempo de subida do sinal gerado (figura 2).
Gerador de radiofrequência (RF)
Para aplicações em que são necessárias frequências mais elevadas, tais como em sistemas de comunicação sem fio, um gerador de RF é recomendado. Estes geradores permitem a geração de sinais de radiofrequência e micro-ondas.
A faixa de frequência é um parâmetro importante que altera significativamente o custo deste equipamento. Portanto, é necessário que o usuário avalie a frequência necessária antes da aquisição de um gerador de RF.
Além da frequência, a faixa de amplitude também é um parâmetro que pode variar significativamente entre marcas e modelos de geradores de RF. Alguns fabricantes, por exemplo, por meio de opcionais, possibilitam a geração de sinais com amplitude abaixo de -140 dBm e acima de +20 dBm.
Geralmente, o gerador de RF possui opcionais para geração de sinais modulados analogicamente (AM, FM e PM).
Gerador de sinal vetorial
Um gerador de sinal vetorial é um gerador de RF que, além da geração de modulação analógica, permite a geração de sinais modulados digitalmente, tais como QAM, QPSK, FSK e BPSK.
Por meio das modulações digitais, é possível transformar este equipamento em um simulador para testes em diversas tecnologias, tais como:
- simulador GNSS, que possibilita a simulação de uma constelação de satélites (GPS, Glonass, Galileo, entre outros).
- simulador de WiFi, Bluetooth, ou qualquer outra tecnologia de comunicação sem fio, presentes nas 3ª, 4ª ou 5ª gerações de comunicação móvel (3G, 4G ou 5G).
- simulador de TV digital (DVB-T, por exemplo).
- simulador de IoT (802.15, ZigBee).
Na figura 3, a seguir, verifica-se a aplicação de um gerador de sinal vetorial para calibrações estáticas, que avalia a exatidão de posicionamento de receptores de GPS; e dinâmicas, que consiste na calibração em velocidade e/ou aceleração, que são parâmetros essenciais para o uso desses equipamentos em pistas de teste, por exemplo.
Confiabilidade metrológica de geradores de sinais
Os geradores de sinais, quando utilizados em processos que afetam significativamente o resultado de um serviço ou produto, devem ser calibrados em laboratórios que possuem a capacitação necessária para a garantia da confiabilidade metrológica desses equipamentos.
Alguns dos parâmetros que necessitam de atenção no uso de geradores são: exatidão em frequência; exatidão em nível; resposta em frequência; linearidade; distorção harmônica; entre outros. Usualmente, as características do gerador são encontradas nos manuais do fabricante ou em datasheets, e devem ser asseguradas periodicamente através das calibrações.
