第3章信號發(fā)生器-3

1、電子測量技術電子測量技術第1頁電子測量技術電子測量技術第2頁電子測量技術電子測量技術第3頁內調制信號內調制信號振動器振動器緩沖放大器緩沖放大器調幅器調幅器調制度計調制度計步進衰減步進衰減 輸出級輸出級 電子電壓表電子電壓表主振蕩器主振蕩器調頻器調頻器電源電源FMFMAMAMS S1 1S S2 2調制輸出調制輸出外調制輸入外調制輸入輸出輸出電子測量技術電子測量技術第4頁電子測量技術電子測量技術第5頁電子測量技術電子測量技術第6頁電子測量技術電子測量技術第7頁電子測量技術電子測量技術第8頁電子測量技術電子測量技術第9頁3.4.2.1 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

2、 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數運算代數運算（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輸出輸出基準頻率基準頻率電子測量技術電子測量技術第10頁晶振晶振諧波發(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6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直

3、接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz優(yōu)點：優(yōu)點：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：電路硬件結構復雜，體積大，價格昂貴，不便于集成化。缺點：電路硬件結構復雜，體積大，價格昂貴，不便于集成化。電子測量技術電子測量技術第11頁電子測量技術電子測量技術第12頁電子測量技術電子測量技術第13頁鎖相環(huán)控制系統原理圖鎖相環(huán)控制系統原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測量技術電子測量技術第14頁電子測量技術電子測量技術第15頁（a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波諧波形成形成Nfifo=Nfi（b）數字倍頻環(huán)）數字

4、倍頻環(huán)VCOPDLPFfiN倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖fiNPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡化圖）倍頻環(huán)簡化圖電子測量技術電子測量技術第16頁分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）數字分頻環(huán)）數字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波諧波形成形成（a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán)fiNPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡化圖）分頻環(huán)簡化圖電子測量技術電子測量技術第17頁PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán)fo=

5、 fi1- fi2混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo= fi1+ fi2-PLLfi1fi2fo= fi1- fi2（c）相加環(huán)簡化圖）相加環(huán)簡化圖（d）相減環(huán)簡化圖）相減環(huán)簡化圖電子測量技術電子測量技術第18頁fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1內插振蕩器內插振蕩器環(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)合成器原理結構框圖雙環(huán)合成器原理結構框圖100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 雙環(huán)合成器簡化結構框圖雙環(huán)合成器簡化結構框圖雙環(huán)合

6、成器原理結構圖雙環(huán)合成器原理結構圖VCO1PD1LPF1諧波諧波形成形成電子測量技術電子測量技術第19頁（1）十進頻率合成器組成 五個五個DS-1合成單元串接起來，其輸出頻率被送到合成合成單元串接起來，其輸出頻率被送到合成單元單元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進行相減，最后得到進行相減，最后得到200Hz30MHz的輸出頻率。的輸出頻率。 電子

7、測量技術電子測量技術第20頁DS-10-91HzDS-10-910HzDS-10-9100HzDS-10-91KHzDS-10-910KHzDS-20-9100KHzDS-40-210MHzDS-30-21MHz2122MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz內插振蕩器01Hz1.21.3MHz9MHz100KHzM（-）10192MHz101122MHz200Hz30MHz5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S5電子測量技術電子測量技術第21頁VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz諧波諧波形成形成Nf

8、iDS-1原理框圖原理框圖M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基準基準后一位合成單元后一位合成單元10.210.3MHz101213MHz1.21.3MHz倍頻環(huán)倍頻環(huán)電子測量技術電子測量技術第22頁VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz諧波諧波形成形成NfiDS-2原理框圖原理框圖M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基準基準“10KHz”單元輸出單元輸出19.219.3MHz2122MHz倍頻環(huán)倍頻環(huán)218MHz電子測量技術電子測量技術第23頁VCOPDLPF10192MHz1MHz諧波諧波形成形成NfiDS-3原理框圖原理框圖倍頻環(huán)倍頻環(huán)fi電子測量技術

9、電子測量技術第24頁PDLPFVCOM（）（）DS-2的輸出的輸出0：80MHz加法混頻環(huán)加法混頻環(huán)2122MHz101122MHzDS-4原理框圖原理框圖基準基準倍 頻倍 頻環(huán)環(huán)5MHzVCOPDLPF諧波諧波形成形成1：90MHz2：100MHz電子測量技術電子測量技術第25頁VCOPDLPF1.21.3MHz100KHz諧波諧波形成形成內插振蕩器組成框圖內插振蕩器組成框圖基準基準12S+P 當選擇開關當選擇開關S S置于置于1 1時，內插振蕩器是一個倍頻環(huán)，它輸出一時，內插振蕩器是一個倍頻環(huán)，它輸出一個個1.2MHz1.2MHz的固定點頻，此時頻率合成器只能輸出離散頻率。的固定點頻，此時

10、頻率合成器只能輸出離散頻率。 當內插振蕩器的開關當內插振蕩器的開關S S置于置于2 2時，時，VCOVCO就作為一個頻率連續(xù)可就作為一個頻率連續(xù)可調的振蕩器工作，調節(jié)電位器調的振蕩器工作，調節(jié)電位器P P，改變，改變VCOVCO的偏壓，可使它的輸的偏壓，可使它的輸出在出在1.2MHZ1.2MHZ1.3MHZ1.3MHZ之間連續(xù)變化。之間連續(xù)變化。 電子測量技術電子測量技術第26頁頻率增量越小，轉換時間越長，轉換時間的計算一般采頻率增量越小，轉換時間越長，轉換時間的計算一般采用經驗公式用經驗公式 ieft/25 在保證轉換時間不變的前提下，提高頻率分辨力的途徑主在保證轉換時間不變的前提下，提高頻

11、率分辨力的途徑主要有：要有：多環(huán)頻率合成法；小數分頻法。多環(huán)頻率合成法；小數分頻法。 電子測量技術電子測量技術第27頁三環(huán)三環(huán)PLL合成器合成器VCOBPDBLPFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三環(huán)合成器簡化框圖三環(huán)合成器簡化框圖fBfA電子測量技術電子測量技術第28頁iAAfNfiBBfNf由環(huán)由環(huán)C C有：有： MfffBAo/因此，合成器的輸出頻率為因此，合成器的輸出頻率為 ：iBAofMNNf)/(電子測量技術電子測量技術第29頁例如要實現例如要實現4.34.3的小數分頻，只要在的小數分頻，只要在1

12、010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，要實現就可以得到。又如，要實現7.327.32的小數分頻，只的小數分頻，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。VCOPDLPFuifiNfoN存儲器存儲器F存儲器存儲器uo脈沖脈沖刪除刪除接口接口小數分頻實現電路圖小數分頻實現電路圖OVFACCU電子測量技術電子測量技術第30頁表表3 3-1 -1 輸入信號每周期內的分頻系數和累加值（分頻比為輸入信號每周期內的分頻系數和累加值（分頻比為4.

13、34.3）電子測量技術電子測量技術第31頁VCOPDLPFurfrNDACfoN存儲器存儲器F存儲器存儲器uo脈沖脈沖刪除刪除接口接口改進的小數分頻實現電路圖改進的小數分頻實現電路圖+OVFACCU-電子測量技術電子測量技術第32頁前置分頻鎖相頻率合成器前置分頻鎖相頻率合成器PDLPFVCONM模數控制模數控制fifofd該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倍倍電子測量技術電子測量技術第33頁PDLPFVCON1N2V/V+1fifo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

14、出到鑒相器的一個參考周期中，包含的輸出到鑒相器的一個參考周期中，包含的VCOVCO輸出信號輸出信號的周期數的周期數N N為為: : 21212)() 1(NVNVNNVNN電子測量技術電子測量技術第34頁iofNVNf)(21此時雙模分頻器的工作頻率為：此時雙模分頻器的工作頻率為：fo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，當由上式可知，當變化時，變化時，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

15、器的最大輸出頻率。高了合成器的最大輸出頻率。電子測量技術電子測量技術第35頁3.3.1直接數字合成基本原理 設取樣時鐘頻率為，正弦波每一周期由個取樣點構設取樣時鐘頻率為，正弦波每一周期由個取樣點構成，則該正弦波的頻率為：成，則該正弦波的頻率為：NfNTfcco1電子測量技術電子測量技術第36頁地址計數器地址計數器（N）正弦波正弦波ROM存儲器存儲器D/ALPFfcfoDDS組成原理組成原理輸出信號頻率輸出信號頻率fo: 取決于兩個因數：參考時鐘頻率；取決于兩個因數：參考時鐘頻率；ROMROM中存儲的正弦波；中存儲的正弦波；NMffco如果如果地址計數器以步進地址計數器以步進M M（M=1)M=

16、1)進行累加，則可在進行累加，則可在f fc c和和ROMROM數據不變的情況下改變數據不變的情況下改變輸出頻率，此時輸出頻率，此時fo為：為：電子測量技術電子測量技術第37頁相位相位鎖存器鎖存器頻率控制字頻率控制字M相位累加器相位累加器fr波形存儲波形存儲RAMD/A轉換轉換LPFfo2448位位1416位位相位累加器原理相位累加器原理電子測量技術電子測量技術第38頁步進步進點數點數2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248數字相位圓數字相位圓電子測量技術電子測量技術第39頁cNofMf2實際應用中一般

17、取實際應用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 電子測量技術電子測量技術第40頁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位并位并行數據行數據FSK/BPSK/HOLD數據輸入數據輸入420參考時鐘參考時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制及調制 +相相位位累累加加器器相相位位轉轉換換器器300MHzDDS參參考考時時鐘鐘濾波濾波器器濾波濾波器器12位位D/AM/DAC復位復位12位位D/A頻率控制字頻率控制字/相位字啟停邏輯相位字啟停邏輯I/O更新更新讀寫讀寫可編程寄存器可編程寄存器48位頻率位頻率控制字控制字14位相位位相位偏移偏移/調制調制I/O端口緩沖端口緩沖12位位AM調制調制比較器比較器模擬輸入模擬輸入時鐘輸出時鐘輸出AD9854 DDS結構結構+-電子測量技術電子測量技術第41頁相位累相位累加器加器參考參考時鐘時鐘相位相位調制器調制器D/A轉轉換換濾波濾波CPU接口接口輸出輸出頻率控制字頻率控制字波形波形存儲器存儲器SRAM 基于可編程芯片的基于可編程芯片的DDS頻率合成信號源頻率合成信號源