การสังเคราะห์และออกแบบระบบกำเนิดสัญญาณที่ควบคุมได้ด้วยวิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้อุปกรณ์สมัยใหม่

ระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างมากในการดำเนินชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบัน ส่งผลให้อุตสาหกรรมด้านอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะทางด้านการออกแบบวงจรได้มีการพัฒนาให้เจริญก้าวหน้าไปอย่างมากมาย เมื่อเทียบกับในอดีต โดยเริ่มจากการออกแบบวงจรโดยใช้หลอดสุญญากาศ มาเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีลักษณะเป็นดิสครีต (Discrete) จนมาเป็นรูปแบบ วงจรรวม (Integrated circuit) หรือที่เรียกว่าไอซี (IC) ในขณะที่ได้มีผู้วิจัยคิดค้นการออกแบบวงจรโดยใช้หลักการใหม่ๆ ขึ้นมา โดยมีวัตถุประสงค์คือ เพื่อให้สามารถนำวงจรไปใช้ได้โดยง่าย หรือออกแบบวงจรที่มีใช้งานกันอยู่แล้ว ให้มีคุณสมบัติโดดเด่นกว่าวงจรเดิม กล่าวคือ ทำให้มีคุณสมบัติและประสิทธิภาพในการทำงานดีขึ้น อาทิเช่น ทำให้ค่าความละเอียดแม่นยำในการทำงานดียิ่งขึ้น มีผลตอบสนองต่อความถี่ในการปฏิบัติงานสูง อีกทั้งให้วงจรใช้จำนวนอุปกรณ์ที่ออกแบบขึ้นให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทำให้วงจรบริโภคกำลังไฟฟ้าน้อยลง สามารถทำงานได้ที่แรงดันไฟเลี้ยงต่ำลง [1] รวมถึงทำให้วงจรที่ออกแบบขึ้นนั้นทำงานโดยอิทธิพลจากสภาพแวดล้อม ได้แก่ อุณหภูมิ ระดับแรงดันไฟเลี้ยง สัญญาณรบกวน ส่งผลน้อยที่สุด เป็นต้น         ในงานด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ วงจรกำเนิดสัญญาณเป็นวงจรที่สำคัญและมีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง ตัวอย่างการใช้งาน ได้แก่ ระบบสื่อสาร ระบบเครื่องมือวัด ระบบเครื่องมือแพทย์ ในห้องทดลองอิเล็กทรอนิกส์และระบบประมวลผลสัญญาณ เป็นต้น ลักษณะเด่นของวงจรกำเนิดสัญญาณนิยมพัฒนาให้สามารถกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นซายน์ได้สองสัญญาณที่มีเฟสต่างกัน 90° หรือที่เรียกว่าสัญญาณควอเดรเจอร์ ทั้งนี้เพื่อนำไปใช้ในระบบสื่อสาร เช่น ในการมอดูเลตสัญญาณ SSB เป็นต้น [1]-[3] จากการศึกษางานวิจัยที่ผ่านมา โดยทั่วไปหลักการออกแบบพื้นฐานของวงจรกำเนิดสัญญาณที่ดีนั้น สามารถสรุปได้ดังนี้คือ [3]    เงื่อนไขในการกําเนิดสัญญาณ และความถี่่ในการกำเนิดสัญญาณสามารถควบคุมได้อิสระต่อกัน ค่าความถี่ของวงจรและขนาดเอาต์พุตของวงจรสามารถควบคุมได้อิสระต่อกัน ตัวเก็บประจุต่อแบบเทียบกราวนด์ เพื่อให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นวงจรรวมได้ง่าย ไม่ใช้ตัวต้านทานในวงจร เพื่อให้สามารถนำวงจรไปประยุกต์ใช้เป็นวงจรรวมได้ง่ายและลดอัตราบริโภค  กำลังไฟฟ้า ค่าความผิดเพี้ยนทางฮาร์มอนิกส์ของสัญญาณ (Total Harmonic Distortion: THD) ต่ำ บริโภคกำลังไฟฟ้าต่ำ (Low Power Consumption) วงจรมีค่าเอาต์พุตอิมพีแดนซ์ต่ำ เพื่อลดผลกระทบเนื่องจากการต่อโหลดเมื่อนำไปต่อกับวงจรอื่น จากหลักการทั้งเจ็ดประเด็น จะเห็นได้ว่า การออกแบบวงจรกำเนิดสัญญาณเพื่อให้ตอบสนองข้อดีทั้งหมดนั้นทำได้ยาก เพราะต้องใช้ประสบการณ์ในการสังเคราะห์และออกแบบ หากมีแผนผังการออกแบบวงจรก็จะช่วยให้สามารถออกแบบได้ง่ายขึ้น ดังนั้น จึงนิยมใช้แผนผังในการออกแบบวงจรกำเนิดสัญญาณ เช่น ใช้แผนผังของวงจรอินทิเกรเตอร์แบบที่ไม่มีการสูญเสีย แผนผังของวงจรอินทิเกรเตอร์แบบที่มีการสูญเสีย และแผนผังของวงจรกรองสัญญาณทุกความถี่อับดับหนึ่ง [5] โดยใช้อุปกรณ์แอคทีฟชนิดต่างๆ ที่ผ่านมา วงจรกำเนิดสัญญาณได้รับการพัฒนาขึ้นโดยใช้อุปกรณ์แอคทีฟที่หลากหลายเช่น อุปกรณ์ Current Differencing Buffered Amplifier (CDBA) [6] อุปกรณ์ Differential Difference Current Conveyor (DDCC) [7]-[8] อุปกรณ์ Differential-input Buffered and Transconductance Amplifier (DBTA) [9] อุปกรณ์ Differential Voltage Current Conveyor Transconductance Amplifier (DVCCTA) [10] อุปกรณ์ Multi-output Second-generation Current Conveyor (CCII) [11] และอุปกรณ์ Differential Difference Current Conveyor Transconductance Amplifier (DDCCTA) [12] จากการศึกษาอย่างละเอียด พบว่า วงจรเหล่านั้นยังมีข้อจำกัด ดังต่อไปนี้ ใช้อุปกรณ์แอคทีฟและพาสซีฟจำนวนมากโดยเฉพาะตัวต้านทาน ทำให้วงจรมีวามซับซ้อนและบริโภคกำลังไฟฟ้าสูง ไม่สามารถควบคุมได้ด้วยวิธีทางอิเล็กทรอนิกส์ ส่งผลให้ไม่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในระบบควบคุมอัตโนมัติหรือด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ ใช้ตัวเก็บประจุแบบลอยซึ่งไม่เหมาะสมที่จะสร้างเป็นวงจรรวม ไม่สามารถควบคุมเงื่อนไขและความถี่การกำเนิดสัญญาณได้อย่างอิสระจากกัน ส่งผลให้การปรับแต่งค่าต่างๆในวงจรมีความซับซ้อน         เมื่อเร็วๆ นี้ได้มีผู้นำเสนออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งสามารถทำงานได้ในโหมดกระแสที่มีชื่อว่า Voltage Differencing Gain Amplifier (VDGA) [13] ที่เหมาะสมจะนำไปออกแบบวงจรประมวลสัญญาณแอนะลอก โดย VDGA สามารถทำงานได้ ทั้งโหมดแรงดันและโหมดกระแส นอกจากนี้ยังมีข้อดีอีกหลายประการเช่น อัตราสรูว์สูง แบนด์วิธกว้าง โครงสร้างวงจรที่ออกแบบโดย VDGA ในปัจจุบันจึงสามารถพบการประยุกต์ใช้งานในวงจรและระบบต่างๆ มากมาย [14]-[20] จากที่กล่าวมาทั้งหมดข้างต้น งานวิจัยนี้จึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อจะสังเคราะห์และออกแบบระบบกำเนิดสัญญาณโดยใช้ VDGA หรืออุปกรณ์แอคทีฟสมัยใหม่อื่น เพื่อให้สามารถควบคุมค่าความถี่และเงื่อนไขของการกำเนิดสัญญาณ ได้ด้วยวิธีทางอิเล็กทรอนิกส์อย่างเป็นอิสระต่อกัน ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในระบบควบคุมอัตโนมัติหรือด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ได้โดยง่าย อีกทั้งจะใช้อุปกรณ์ในการออกแบบวงจรจำนวนน้อย เพื่อลดความซับซ้อนของวงจร จึงสามารถทำงานที่ระดับแรงดันไฟเลี้ยงและบริโภคกำลังไฟฟ้าต่ำ รวมทั้งใช้อุปกรณ์พาสซีฟน้อยที่สุดโดยปราศจากเงื่อนไขในการสมพงษ์กันของอุปกรณ์