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  Les différents types de générateurs de fonctions :

    Qu'il soit analogique ou numérique, le générateur de fonctions est l'instrument complémentaire de l'oscilloscope dans un laboratoire d'électronique, tout en se devant d'être le plus polyvalent possible lors de tests et mesures. Il délivre différentes formes d'ondes dont on peut faire varier indépendamment l'amplitude et la fréquence selon les besoins. Détaillons les différentes technologies existantes de générateurs sur le marché.

      Générateurs de fonctions analogiques :
     Les générateurs analogiques utilisent le plus souvent des circuits spécialisés tels que le très célèbre XR2206 ou bien encore le MAX038 (il y en a d'autres...).  Basés autour d'un oscillateur contrôlé en tension (VCO), ils délivrent un signal de forme triangulaire dont on extrapole les formes sinusoïdales et carrées à partir de celui-ci.  Toutefois, ces générateurs présentent certaines faiblesses telles que la stabilité et la précision de la fréquence du signal généré. De plus, le nombre de formes d'ondes est également limité à celles proposés par le fabricant.
    A titre indicatif, sachez que le MAX038 n'est plus fabriqué par Maxim depuis quelques temps mais ce dernier reste encore disponible chez la plupart de nos distributeurs habituels.


     Générateurs de fonctions numériques à DDS :
     Les générateurs numériques de conception plus complexe que leurs homologues analogiques offrent bien plus de souplesse et de fonctionnalités à l'utilisateur. Leurs stabilités en fréquence est exceptionnelle puisqu'elle est dérivée d'une horloge de référence à quartz et les formes d'ondes produites sont elles aussi plus nombreuses.
     Ces générateurs reposent pour leur plus grande majorité, sur l'usage de la Synthèse Numérique Directe, appelée également chez nos amis d'Outre-manche Direct Digital Synthesis soit DDS. Grâce à cette technique, les générateurs d'aujourd'hui disposent d'un temps de réponse aux changements de fréquence bien plus rapide qu'un oscillateur basé sur l'utilisation d'une PLL (Phase-locked loop ou boucle à verrouillage de phase). En effet, un générateur à DDS peut effectuer des sauts en fréquence très importants en un temps record (1 cycle d'horloge) tout en conservant une phase constante. Ainsi, les possibilités de modulation sont importantes et c'est cette technique que l'on retrouve dans de nombreux moyens modernes de transmission, tels que nos téléphones GSM.


    Générateurs de fonctions à formes d'ondes arbitraires à DDS :

     Regroupant tous les avantages du générateurs numériques à DDS décrits précédemment, ces générateurs de fonctions arbitraires permettent de générer n'importe qu'elle forme d'onde à une fréquence donnée.

     En effet, pour tester un équipement électronique, quoi de plus naturel que d'y appliquer sur ses entrées / sorties des signaux qu'il sera amené à recevoir dans des conditions réelles d'utilisation, c'est à dire lorsqu'il fonctionnera après sa sortie d'usine. Voire d'y appliquer des parasites, du bruit, etc.... afin de caractériser sa résistance aux perturbations. Pour tout cela, il faut disposer d'un instrument susceptible de générer ces signaux aux allures complexes : autrement dit, disposer d'un générateur de formes arbitraires à DDS. Bien entendu, ce type de générateur est capable de délivrer des formes d'ondes usuelles telles que sinusoïde, triangulaire, rectangulaire,  rampe, et bien d'autres encore...

      A bien y regarder, un générateur de fonctions de formes d'ondes arbitraires regroupe exactement le même processus que l'on trouve dans un oscilloscope numérique mais en sens inverse. On commence par visualiser la forme d'onde sur un PC à l'aide d'un éditeur graphique, puis on convertit cette forme graphique en séquence d'échantillons numériques que l'on place dans la mémoire RAM  de l'appareil. Un convertisseur numérique - analogique CNA se charge ensuite de fournir le signal analogique résultant de la forme d'onde définie précédemment. Pour résumer, ce type de générateur arbitraire est essentiellement constitué d'une mémoire RAM rapide ou sont stockés les signaux sous forme d'octets, d'un convertisseur numérique / analogique CNA rapide et d'un étage analogique constitué d'amplificateurs larges bandes et de filtres passe-bas afin de lisser le signal de sortie.

    Ainsi, le générateur de fonctions de formes arbitraires est l'instrument de mesure complémentaire de l'oscilloscope, auquel il se trouve souvent associé dans la même baie de test. Il permet de générer n'importe quelle forme d'onde à partir d'un éditeur graphique, d'une bibliothèque d'équations, d'un signal capturé à l'oscilloscope ou provenant de tout autre système d'acquisition de données. C'est ce type d'instrument de mesure que nous allons vous présenter au fil de ces pages web...

  Caractéristiques techniques du générateur de fonctions :

      Echelle en fréquence de la forme d'onde : de 0,1Hz à 1MHz.
      Plages de fréquence en 7 gammes : 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz.
      Fréquence du signal de sortie stabilisée par oscillateur à quartz.
      Précision de la fréquence de sortie : (dérivée de celle de l'oscillateur à quartz).
      Impédance du signal de sortie de formes d'ondes : 50 ohms.
      Impédance du signal de sortie aux niveaux TTL : 50 ohms.
      Amplitude variable de la forme d'onde : de 0V à 10V crête à crête.
      Offset variable de la forme d'onde : de 0V à -8V ou à +8V.
      Formes d'ondes standards prédéfinies : sinusoïdale, rectangulaire, triangulaire, rampes, etc...
      Formes d'ondes spécifiques prédéfinies : modulation amplitude ou fréquence, bruit blanc, etc... 
      Possibilité de créer ses propres formes d'ondes via l'éditeur graphique.
      Possibilité d'importer ou d'exporter ses formes d'ondes sous Microsoft Office Excel.
      Distorsion harmonique de l'onde sinusoïdale (THD) : -40dBc de 0 à 100kHz.
      Défaut de linéarité de l'onde triangulaire : < 3% à 300kHz.
      Temps de montée d'un signal rectangulaire : < 25ns (10% à 90%)  sous 50 ohms.
      Rapport cyclique pour la forme rectangulaire réglable : de 1% à 99%.
      Pente de la forme triangulaire réglable : de 1% à 99%.
      Constante de charge et décharge de la forme d'onde exponentielle réglable : de 1% à 99%.
      Fréquence d'échantillonnage maximale : 32MHz.
      Nombre d'échantillons de la table de base pour une forme d'onde : 3200 points.
      Résolution verticale de la forme d'onde : 8 bits.
      Alimentation : DC +9V / 800mA à partir d'un adaptateur secteur (à découpage) du commerce.
      Système minimum requis : Pentium 4 - 3GHz ou plus rapide recommandé.  
      Résolution minimale graphique recommandée : 1024 x 768 ou supérieure.
      Prise en charge logicielle des langues française et anglaise.
      Communication : port USB 2.0.
      Systèmes d'exploitation conseillés : 8, Seven, Vista et XP.

   Principaux éléments de la platine du générateur de fonctions :

 Cliquez sur l''image ci-dessus pour l'agrandir 

      Circuit de gestion :

La gestion du générateur de fonctions est confiée
à un microcontrôleur PIC18F4550 cadencé à 8MHz.

      Circuit logique programmable CPLD et la RAM :

      Convertisseur numérique - analogique et amplificateur différentiel :

      Générateur d'offset :

      Potentiomètre numérique et filtres passe-bas :

      Etage de sortie :

      Section alimentation avec filtrage et régulation : 

      Convertisseur continu - continu : 

Au premier plan encadré en rouge, le convertisseur de tension continu -  continu
chargé de produire les tensions +15V et  -15V.

  

  Aspect du logiciel pilotant le générateur de fonctions de formes d'ondes arbitraires à DDS :

    Voici l'aspect du logiciel chargé de piloter via la communication USB le générateur de fonctions. Le logiciel dispose de plusieurs formes d'ondes prédéfinies telles que l'onde sinusoïdale, rectangulaire, triangulaire, rampes... mais aussi d'autres formes plus rares telles que la charge ou décharge de condensateurs, modulation amplitude, bruit blanc, etc... D'autres formes d'ondes prédéfinies seront ajoutées à fil des mois grâce aux mises à jour du logiciel sous Windows...

     Vous pouvez également dessiner à la souris votre propre forme d'onde dans l'éditeur graphique du logiciel ou bien encore, importer une forme d'onde depuis Microsoft Excel ou tout autre logiciel permettant de créer une forme d'onde. Nous y reviendrons dans les autres pages...