§ 1.1.2 Цифровые генераторы шума

Все аналоговые генераторы шума основаны на применении специальных шумящих элементов в качестве источников шума, но все эти источники обладают существенными недостатками, такими как: малой мощностью производимого шумового процесса, низкой временной и температурной стабильностью параметров этого процесса, неравномерностью спектральных характеристик шумового процесса из-за воздействия других неучтенных видов шума. Аналоговые генераторы шума требуют повторной настройки при смене первичного источника шума (шумящего элемента). Перечисленные недостатки отсутствуют у цифровых источников шума.

Рассмотрим структуру генератора цифрового шума:

Первичный источник цифровых шумов (ПИЦШ) представляет собой источник шума, «цифровой» шум которого представляет собой временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к процессу физических шумов и называющийся поэтому «псевдослучайным процессом». Цифровая последовательность двоичных символов в цифровых генераторах шума называется псевдослучайной последовательностью, представляющей собой последовательность прямоугольных импульсов псевдослучайной длительности с псевдослучайными интервалами между ними. Период повторения всей последовательности значительно превышает наибольший интервал между импульсами.

ПИЦШ формирует сигнал похожий на белый шум посредством формирования импульсов стремящихся к форме дельта функции. Дельта функция имеет спектральную плотность похожую на спектральную плотность белого шума:

Таким образом, белый шум может быть представлен в виде кратковременного импульса генерируемого генератором. У импульсного сигнала много случайных параметров, -для каждой случайной величины существует свое распределение. Далее принцип формирования характеристик случайного процесса примерно тот же, что и у аналогового генератора, с той разницей, что формирователь представляет собой цифровой фильтр и прежде чем сигнал подается на усилитель, он подвергается цифро-аналоговому преобразованию с помощью ЦАП.

В связи с ограниченным быстродействием импульсных схем (а, следовательно, и микросхем формирователя и ЦАП) цифровой генератор шума является низкочастотным.

Следует понимать разницу между цифровым генератором шума и генератором цифрового шума. Последний генерирует сигнал, состоящий из случайной последовательности логических уровней «0» и «1», сигнал такого рода действительно является шумовым (случайным) для устройств с цифровым входом.

§ 1.2 Генераторы гармонических колебаний

Гармоническое колебание — колебания, при которых физическая (или любая другая) величина изменяется с течением времени по синусоидальному или косинусоидальному закону. Гармоническое колебание — самый распространенный вид сигнала. Такой сигнал характеризуется частотой, фазой (чаще разностью фаз) и амплитудой. Частота – его главный параметр. Такой сигнал используется как самостоятельно как стандартное тестовое воздействие, так и в качестве несущей, для более сложных видов сигнала.

Решением Международного Консультативного Комитета по Радио принято разделение по диапазонам частоты (12 диапазонов):

1. крайне низкие частоты (КНЧ) 3-30 Гц

2. сверх низкие частоты (СНЧ) 30-300 Гц

3. инфра низкие частоты (ИНЧ) 300-3000 Гц

4. очень низкие частоты (ОНЧ) 3-30 кГц

5. низкие частоты (НЧ) 30-300 кГц

6. средние частоты (СЧ) 300-3000 кГц

7. высокие частоты (ВЧ) 3-30 МГц

8. очень высокие частоты (ОВЧ) 30-300 МГц

9. ультра высокие частоты (УВЧ) 300-3000 МГц

10. сверх высокие частоты (СВЧ) 3-30 ГГц

11. крайне высокие частоты (КВЧ) 30-300 ГГц

12. гипервысокие частоты (ГВЧ) 300-3000 ГГц

Любым генераторы гармонических колебаний характеризуются следующими параметрами:

1. нестабильностью частоты генератора;

2. погрешностью установки частоты;

3. динамическим диапазоном;

4. диапазоном частот.

Требование к генератору с точки зрения частоты, характеризуется относительной нестабильностью частоты:

,

где - уход частоты во времени, - номинальное значение частоты.

На основании понятия нестабильности по частоте вводят понятие долговременной и кратковременной нестабильности по частоте:

T > 100 с. – долговременная.

T <= 100 с. – кратковременная (может быть очень малый интервал).

Системы, в которых изменения частоты очень малы, называют когерентными (например: лазеры, мазеры).

Относительная нестабильность частоты аналогового генератора —

В настоящее время значение нестабильности частоты может быть снижено до