第3章 信號(hào)發(fā)生器-3

1、電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第1頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第2頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第3頁(yè) 內(nèi)調(diào)制信號(hào)內(nèi)調(diào)制信號(hào) 振動(dòng)器振動(dòng)器 緩沖放大器緩沖放大器 調(diào)幅器調(diào)幅器 調(diào)制度計(jì)調(diào)制度計(jì) 步進(jìn)衰減步進(jìn)衰減 輸出級(jí)輸出級(jí) 電子電壓表電子電壓表 主振蕩器主振蕩器 調(diào)頻器調(diào)頻器 電源電源 FMFMAMAM S S1 1 S S2 2 調(diào)制輸出調(diào)制輸出 外調(diào)制輸入外調(diào)制輸入 輸出輸出 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第4頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第5頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第6頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第7頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第8頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第9頁(yè) 3.4.2.

2、1 3.4.2.1 頻率合成的基本概念頻率合成的基本概念 頻率頻率1 1輸出輸出 石英晶體石英晶體 代數(shù)運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算 （加、減、乘、除）（加、減、乘、除） 頻率合成原理頻率合成原理 頻率頻率n n輸出輸出 基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第10頁(yè) 晶振晶振 諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻） 分頻（分頻（1010） 8MHz8MHz 混頻（混頻（+ +） 混頻（混頻（+ +） 2MHz2MHz 濾波濾波分頻（分頻（1010） 2.8MHz2.8MHz 濾波濾波 0.28MHz0.28MHz 分頻（分頻（1010） 混頻（混頻（+ +）濾波濾波 6MHz6MHz 6.28MHz6.

3、28MHz 0.628MHz0.628MHz 3MHz3MHz 3.628MHz3.628MHz 直接式頻率合成原理框圖直接式頻率合成原理框圖 1MHz1MHz 1MHz1MHz 9MHz9MHz 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。頻率切換迅速，相位噪聲很低。 缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第11頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第12頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第13頁(yè) 鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 fr Vr VCOPDLPF Vo fO Vd 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量

4、技術(shù) 第14頁(yè) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第15頁(yè) （a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán) VCOPDLPF fO=Nfi fi諧波諧波 形成形成 Nfifo=Nfi （b）數(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字倍頻環(huán) VCOPDLPF fi N 倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖 fi N PLL Nfi （c）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第16頁(yè) 分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖 VCOPDLPF fo=fi/N fi N （b）數(shù)字分頻環(huán)）數(shù)字分頻環(huán) VCOPDLPF fo=fi/N fi 諧波諧波 形成形成 （a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán) fi N PLL fo=fi/N （c）分頻環(huán)簡(jiǎn)

5、化圖）分頻環(huán)簡(jiǎn)化圖 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第17頁(yè) PDLPFVCO M （）（） fi1 fi2 fo+fi2 （b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán) PDLPFVCO M （）（） fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 fo-fi2 （a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán) fo= fi1- fi2 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) + PLL fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 - PLL fi1 fi2 fo= fi1- fi2 （c）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖 （d）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第18頁(yè) fo= Nfi1+ fi2 34005100 KHz 10KHz PD2L

6、PF2VCO2 M （）（） fi2 fi1 fo-Nfi1 Nfi1 內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器 環(huán)環(huán)1 環(huán)環(huán)2 倍頻環(huán)倍頻環(huán) 加法混頻環(huán)加法混頻環(huán) （a） 雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖 100110KHz N PLL Nfi1 + PLL fi1 fi2 fo=N fi1+ fi2 （b） 雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖 雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖 VCO1PD1LPF1 諧波諧波 形成形成 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第19頁(yè) （1）十進(jìn)頻率合成器組成 五個(gè)五個(gè)DS-1合成單元串接起來(lái)，其輸出頻率被送到合成合成單元串接起來(lái)，其輸出頻率被送到合成 單元單

7、元DS-2，得到輸出頻率為，得到輸出頻率為2122MHz , DS-2的輸出加到的輸出加到 合成單元合成單元DS-4，得到輸出頻率為，得到輸出頻率為101122MHz ,合成單元合成單元 DS-3輸出為輸出為10192MHz， DS-3與與DS-4的輸出頻率加到混的輸出頻率加到混 頻器頻器M進(jìn)行相減，最后得到進(jìn)行相減，最后得到200Hz30MHz的輸出頻率。的輸出頻率。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第20頁(yè) DS-1 0-9 1Hz DS-1 0-9 10Hz DS-1 0-9 100Hz DS-1 0-9 1KHz DS-1 0-9 10KHz DS-2 0-9 100 KHz DS-4 0-

8、2 10MHz DS-3 0-2 1MHz 2122 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 內(nèi)插振蕩器 01Hz 1.21.3MHz 9MHz 100KHz M （-） 10192MHz101122 MHz 200Hz30MHz 5MHz 9MHz 1MHz 100KHz 2.5MHz S1 S2 S3S4S5 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第21頁(yè) VCOPDLPF 1.8 2.7 MHz 100KHz 諧波諧波 形成形成 Nfi DS-1原理框圖原理框圖 M1 （）（） M2 （）（） 9MHz 1.21.3MHz

9、 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 后一位合成單元后一位合成單元 10.2 10.3MHz 10 1213 MHz 1.2 1.3 MHz 倍頻環(huán)倍頻環(huán) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第22頁(yè) VCOPDLPF 1.82.7 MHz 100KHz 諧波諧波 形成形成 Nfi DS-2原理框圖原理框圖 M1 （）（） M2 （）（） 9MHz 1.21.3MHz 基準(zhǔn)基準(zhǔn) “10KHz”單元輸出單元輸出 19.219.3MHz 2122MHz 倍頻環(huán)倍頻環(huán) 2 18MHz 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第23頁(yè) VCOPDLPF 10192 MHz 1MHz 諧波諧波 形成形成 Nfi DS-3原理框圖原理框圖 倍頻環(huán)倍頻環(huán)

10、fi 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第24頁(yè) PDLPFVCO M （）（） DS-2的輸出的輸出 0：80MHz 加法混頻環(huán)加法混頻環(huán) 2122MHz 101122MHz DS-4原理框圖原理框圖 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 倍 頻倍 頻 環(huán)環(huán) 5MHz VCO PD LPF 諧波諧波 形成形成 1：90MHz 2：100MHz 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第25頁(yè) VCO PDLPF 1.21.3 MHz 100KHz 諧波諧波 形成形成 內(nèi)插振蕩器組成框圖內(nèi)插振蕩器組成框圖 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 1 2 S + P 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)S S置于置于1 1時(shí)，內(nèi)插振蕩器是一個(gè)倍頻環(huán)，它輸出一時(shí)，內(nèi)插振蕩器是一個(gè)倍頻環(huán)，它輸

11、出一 個(gè)個(gè)1.2MHz1.2MHz的固定點(diǎn)頻，此時(shí)頻率合成器只能輸出離散頻率。的固定點(diǎn)頻，此時(shí)頻率合成器只能輸出離散頻率。 當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開(kāi)關(guān)當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開(kāi)關(guān)S S置于置于2 2時(shí)，時(shí)，VCOVCO就作為一個(gè)頻率連續(xù)可就作為一個(gè)頻率連續(xù)可 調(diào)的振蕩器工作，調(diào)節(jié)電位器調(diào)的振蕩器工作，調(diào)節(jié)電位器P P，改變，改變VCOVCO的偏壓，可使它的輸?shù)钠珘海墒顾妮?出在出在1.2MHZ1.2MHZ1.3MHZ1.3MHZ之間連續(xù)變化。之間連續(xù)變化。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第26頁(yè) 頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算一般采頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算一般采 用經(jīng)驗(yàn)公式用經(jīng)驗(yàn)公

12、式 ieft/25 在保證轉(zhuǎn)換時(shí)間不變的前提下，提高頻率分辨力的途徑主在保證轉(zhuǎn)換時(shí)間不變的前提下，提高頻率分辨力的途徑主 要有：要有：多環(huán)頻率合成法；小數(shù)分頻法。多環(huán)頻率合成法；小數(shù)分頻法。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第27頁(yè) 三環(huán)三環(huán)PLL合成器合成器 VCOBPDBLPFB fB fi NB M VCOC PDC LPFC BPF fo VCOAPDALPFA + NA fA NA PLL + PLL M NB PLL fifo 三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖 fB fA 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第28頁(yè) iAAfNf iBBfNf 由環(huán)由環(huán)C C有：有： MfffBAo/ 因此，

13、合成器的輸出頻率為因此，合成器的輸出頻率為 ： iBAofMNNf)/( 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第29頁(yè) 例如要實(shí)現(xiàn)例如要實(shí)現(xiàn)4.34.3的小數(shù)分頻，只要在的小數(shù)分頻，只要在1010次分頻中作次分頻中作7 7（即（即10-310-3） 次除次除4 4，3 3次除次除5 5就可以得到。又如，要實(shí)現(xiàn)就可以得到。又如，要實(shí)現(xiàn)7.327.32的小數(shù)分頻，只的小數(shù)分頻，只 要在每要在每100100次分頻中作次分頻中作6868（100-32100-32）次除）次除7 7，3232次除次除8 8即可。即可。 VCOPD LPF ui fi N fo N存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器F存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 uo 脈沖脈沖 刪除刪除

14、 接口接口 小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖 OVF ACCU 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第30頁(yè) 表表3 3-1 -1 輸入信號(hào)每周期內(nèi)的分頻系數(shù)和累加值（分頻比為輸入信號(hào)每周期內(nèi)的分頻系數(shù)和累加值（分頻比為4.34.3） 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第31頁(yè) VCOPDLPF ur fr N DAC fo N存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器F存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 uo 脈沖脈沖 刪除刪除 接口接口 改進(jìn)的小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖改進(jìn)的小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖 + OVF ACCU - 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第32頁(yè) 前置分頻鎖相頻率合成器前置分頻鎖相頻率合成器 PD LPFVCO NM 模數(shù)控制模數(shù)控制 fifo fd 該

15、方法使頻率上限提高了該方法使頻率上限提高了M倍，但頻率分辨力下降了倍，但頻率分辨力下降了M倍倍 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第33頁(yè) PDLPFVCO N1 N2 V/V+1 fifo 變模分頻器變模分頻器 模式控制模式控制 雙模分頻鎖相頻率合成器雙模分頻鎖相頻率合成器 置初值置初值 N N1 1輸出到鑒相器的一個(gè)參考周期中，包含的輸出到鑒相器的一個(gè)參考周期中，包含的VCOVCO輸出信號(hào)輸出信號(hào) 的周期數(shù)的周期數(shù)N N為為: : 21212 )() 1(NVNVNNVNN 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第34頁(yè) io fNVNf)( 21 此時(shí)雙模分頻器的工作頻率為：此時(shí)雙模分頻器的工作頻率為：fo

16、 分頻器分頻器 的工作頻率為： 的工作頻率為： fo v 分頻器分頻器 的工作頻率為： 的工作頻率為： fo （v） 由上式可知，當(dāng)由上式可知，當(dāng) 變化時(shí)， 變化時(shí)，f fo o變化為變化為f fi i，即輸出頻，即輸出頻 率分辨力為率分辨力為f fi i因此在保持頻率分辨力不變的前提下提因此在保持頻率分辨力不變的前提下提 高了合成器的最大輸出頻率。高了合成器的最大輸出頻率。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第35頁(yè) 3.3.1直接數(shù)字合成基本原理 設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為，正弦波每一周期由個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為，正弦波每一周期由個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu) 成，則該正弦波的頻率為：成，則該正弦波的頻率為： N f NT

17、 f c c o 1 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第36頁(yè) 地址計(jì)數(shù)器地址計(jì)數(shù)器 （N） 正弦波正弦波ROM 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 D/ALPF fcfo DDS組成原理組成原理 輸出信號(hào)頻率輸出信號(hào)頻率fo: 取決于兩個(gè)因數(shù)：參考時(shí)鐘頻率；取決于兩個(gè)因數(shù)：參考時(shí)鐘頻率； ROMROM中存儲(chǔ)的正弦波；中存儲(chǔ)的正弦波； N Mf f c o 如果如果地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)M M（M=1)M=1)進(jìn)行累加，則可在進(jìn)行累加，則可在f fc c和和ROMROM 數(shù)據(jù)不變的情況下改變數(shù)據(jù)不變的情況下改變輸出頻率，此時(shí)輸出頻率，此時(shí)fo為：為： 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第37頁(yè) 相位相位 鎖存器鎖存器

18、頻率控制字頻率控制字 M 相位累加器相位累加器 fr 波形存儲(chǔ)波形存儲(chǔ) RAM D/A 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 LPF fo 2448位位 1416 位位 相位累加器原理相位累加器原理 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第38頁(yè) 步進(jìn)步進(jìn) 點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù) 256 4096 65536 1048576 16777216 4294967296 281474976710656 N 8 12 16 20 24 32 48 數(shù)字相位圓數(shù)字相位圓 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第39頁(yè) c N o f M f 2 實(shí)際應(yīng)用中一般取實(shí)際應(yīng)用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 第40頁(yè) 輸出輸出 輸出輸出 串串/并并 選擇選擇 6位地址或位地址或 串行編程串行編程 8位并位并 行數(shù)據(jù)行數(shù)據(jù) FSK/BPSK/HOLD 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 420 參考時(shí)鐘參考時(shí)鐘 倍乘倍乘 頻頻 率率 累累 加加 器器 相位偏移相位偏移 及調(diào)制及調(diào)制 + 相相 位位 累累 加加 器器 相相 位位 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 300MHzDDS 參參 考考 時(shí)時(shí) 鐘鐘 濾波濾波 器器 濾波濾波 器器 12位位 D/A M/ DAC復(fù)位復(fù)位