近代電子測量技術(shù)-信號源

1、信號源初步信號源概述n 信號源的作用和組成n 信號源的分類n 正弦信號源的性能指標n 頻率合成的基本概念n 正弦信號源的典型應用n 調(diào)制信號源信號源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號發(fā)生器。 信號源的用途主要有以下三方面：p激勵源。p信號仿真。p標準信號源。信號源的作用信號源的作用信號源的組成信號源的組成信號信號輸出輸出主振器主振器緩沖緩沖調(diào)制調(diào)制輸出輸出電電 源源監(jiān)測監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖自激振蕩源 頻率源可分為兩大類,自激振蕩源和合成頻率源。常見的自激振蕩源有晶體振蕩器、腔體振蕩器、介質(zhì)振蕩器、壓控振蕩器、YIG振蕩器和波形產(chǎn)生器等。信號源的分類信號源的

2、分類p正弦波信號源；（RF毫米波段 含連續(xù)波 掃描信號 數(shù)字及模擬調(diào)制信號源矢量信號源）p函數(shù)信號源；（包括任意波形發(fā)生器(AWG)和函數(shù)發(fā)生器（AFG）。采用取樣技術(shù)，可以構(gòu)建和修改幾乎任何形狀可以想象的波形。）p邏輯信號源p噪聲信號發(fā)生器。正弦波信號源正弦信號源在線性系統(tǒng)測試中具有特殊意義。眾所周知，在正弦信號的激勵下，線性電路內(nèi)的所有電壓和電流都是具有同一頻率的正弦波，只是彼此之間的幅值和相位可起有所差別。此外，若己知線性系統(tǒng)對一切頻率(或一組靠得很近的頻率)的外加正弦信號的幅值和相位的響應，那么就能夠完全確定該系統(tǒng)在其線性工作范圍內(nèi)對于任意輸入信號的。也就是說：正弦波測試是線性系統(tǒng)頻域

3、分析的重要實驗方法。（）輸出（功率）電平范圍（）輸出電平準確度（）輸出電平的頻率特性（帶內(nèi)平坦度）（）輸出阻抗正弦信號源的性能指標正弦信號源的性能指標幅度幅度正弦信號源的性能指標正弦信號源的性能指標頻率（一）頻率（一）（1）頻率范圍 頻率范圍指頻率合成器輸出最低頻率和輸出最高頻率之間的變化范圍，也可以用覆蓋系數(shù)k表示（k=fmax / fmin）。如果覆蓋系數(shù)k2或3時，整個頻段可以劃分為幾個分波段。（2）頻率分辨率 頻率合成器需在指定的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生大量離散的頻率。頻率分辨率是指兩相鄰頻率點之間的間隔，故也稱為頻率間隔。不同用途的頻率合成器的分辨率要求相差很大。作為標準信號源的合成器，則希望

4、有盡可能精細的頻率分辨率。（3）頻率轉(zhuǎn)換時間 頻率轉(zhuǎn)換時間是指頻率合成器從某一頻率轉(zhuǎn)換到另一個頻率并達到穩(wěn)定所需要的時間。不同類型的頻率合成方式，此指標相差較大，一般要求頻率轉(zhuǎn)換時間小于幾十毫秒。（4） 頻率精度（4） 頻率精度正弦信號源的性能指標正弦信號源的性能指標頻率（二）頻率（二）頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指在一定的時間間隔內(nèi)，合成器輸出頻率變化的大小。一般可以分為長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度定度，但這種分法是相對而言的。p長期穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度：指在規(guī)定的外界條件下，在所要求的時間內(nèi)工作頻率的相對變化，主要由晶體和元器件的老化決定；長期穩(wěn)定度是指一天以上時間內(nèi)（一般按年

5、、月、日計）合成器輸出頻率的漂移，常用該時間內(nèi)頻率的相對變化Fo/Fo來表示。它主要是由元器件老化及環(huán)境條件變化（如溫度、濕度、壓力等）引起的。頻率合成器的長期穩(wěn)定度一般取決于所使用的參考頻率源的長期穩(wěn)定度。正弦信號源的性能指標正弦信號源的性能指標頻譜純度頻譜純度指在規(guī)定的外界條件下，在所要求的時間內(nèi)工作頻率的相對變化，主要由晶體和元器件的老化決定；長期穩(wěn)定度是指一天以上時間內(nèi)（一般按年、月、日計）合成器輸出頻率的漂移，常用該時間內(nèi)頻率的相對變化Fo/Fo來表示。它主要是由元器件老化及環(huán)境條件變化（如溫度、濕度、壓力等）引起的。頻率合成器的長期穩(wěn)定度一般取決于所使用的參考頻率源的長期穩(wěn)定度。長

6、期穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度短期頻穩(wěn)度 短期頻穩(wěn)度通常用時域時域和頻域頻域兩種方法表征。n時域頻穩(wěn)度除了用傳統(tǒng)的標準差標準差和阿侖方差阿侖方差表征外，目前更多的用抖動抖動表征。n頻域頻穩(wěn)度除了用相位起伏的譜密度、頻率起伏的譜密度表征外，典型的用相位噪聲相位噪聲表征。 標準差標準差描述的是采樣時鐘在一定的閘門時間內(nèi)的平均標準差描述的是采樣時鐘在一定的閘門時間內(nèi)的平均頻率圍繞其平均值的起伏偏差。頻率圍繞其平均值的起伏偏差。 221011niifn ffn標準差實際上是方差的估計值，可用貝塞爾公式計算。標準差實際上是方差的估計值，可用貝塞爾公式計算。標稱頻率標稱頻率第第i i次測量所得的頻率值次測量所得的頻率

7、值n n次頻率測量值的均值次頻率測量值的均值阿侖方差式中，式中，m m為測量組數(shù)，相鄰兩次為一組；為測量組數(shù)，相鄰兩次為一組； 分別是在分別是在相鄰兩次閘門時間內(nèi)測量的頻率平均值。在測量阿侖方差時相鄰兩次閘門時間內(nèi)測量的頻率平均值。在測量阿侖方差時，兩次相鄰測量之間是無間歇時間的，使得由閃爍噪聲引起，兩次相鄰測量之間是無間歇時間的，使得由閃爍噪聲引起的頻率緩慢起伏來不及表現(xiàn)出來，因而阿侖方差是收斂的。的頻率緩慢起伏來不及表現(xiàn)出來，因而阿侖方差是收斂的。 210()12miiifffm,iiff 當存在閃爍噪聲時，將對時鐘信號產(chǎn)生直接的相位調(diào)制當存在閃爍噪聲時，將對時鐘信號產(chǎn)生直接的相位調(diào)制。由

8、于閃爍相位噪聲的存在，用標準差表征短期頻穩(wěn)度會出。由于閃爍相位噪聲的存在，用標準差表征短期頻穩(wěn)度會出現(xiàn)發(fā)散問題，而采用阿侖方差可克服這一困難。阿侖方差的現(xiàn)發(fā)散問題，而采用阿侖方差可克服這一困難。阿侖方差的定義為：定義為：p短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度 1.1.指由于電源起伏、振動等導致的（即在1s時間內(nèi)的頻率變化）；2.2.指各種隨機噪聲造成的瞬間頻率或相位起伏，一般也稱為相位噪聲；兩者在頻域用單邊帶相位噪聲單邊帶相位噪聲（SSB）表示，以dBc/Hz/1KHz（或MHz等）或rad2/Hz為單位；其定義為在偏離載頻的頻率f處，SSB功率譜密度PSSB與載頻Pc之比，即：時域頻穩(wěn)度除了用傳統(tǒng)的標準差和

9、阿侖方差阿侖方差表征外，目前更多的用抖動抖動表征。正弦信號源的性能指標正弦信號源的性能指標頻譜純度（三）頻譜純度（三）( )10lg (dB)SSBcPL fP頻譜純度相位噪聲（一）頻譜純度相位噪聲（一）頻譜純度相位噪聲（二）頻譜純度相位噪聲（二） 更高的相位噪聲指標 意味著更高的頻譜利用率 ！頻譜純度相位噪聲（三）頻譜純度相位噪聲（三）信道外相位噪聲使帶內(nèi)信號發(fā)生畸變 頻譜純度相位噪聲（四）頻譜純度相位噪聲（四） 本振的相位噪聲使混頻器輸入端的小信號隱藏于“裙”下，減小了接收靈敏度并減小了動態(tài)范圍頻率合成器的指標頻率合成器的指標頻譜純度頻譜純度 影響頻率合成器輸出頻譜純度的因素主要有兩個，一

10、是影響頻率合成器輸出頻譜純度的因素主要有兩個，一是相位噪聲相位噪聲，二是，二是寄生干擾。相位噪聲是一種瞬間頻率或相位的起伏；而寄生干擾分為諧波、寄生干擾。相位噪聲是一種瞬間頻率或相位的起伏；而寄生干擾分為諧波、次諧波和雜散（非諧波）次諧波和雜散（非諧波） 雜散：是指頻率合成器輸出信號沒雜散：是指頻率合成器輸出信號沒有諧波關(guān)系的一些無用譜，在頻譜有諧波關(guān)系的一些無用譜，在頻譜上表現(xiàn)為若干對稱邊帶或者信號譜上表現(xiàn)為若干對稱邊帶或者信號譜線旁存在的非諧波關(guān)系的離散單根線旁存在的非諧波關(guān)系的離散單根譜線譜線諧波：諧波：是指與頻率合成是指與頻率合成器輸出頻率有關(guān)系的信器輸出頻率有關(guān)系的信號，頻譜上表現(xiàn)為

11、合成號，頻譜上表現(xiàn)為合成器輸出信號的整數(shù)倍頻器輸出信號的整數(shù)倍頻率處的單根譜線。率處的單根譜線。Agilent E8257D PSG Analog Signal Generator頻率合成的基本概念頻率合成原理頻率的代數(shù)運算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實現(xiàn)。 頻率頻率1 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數(shù)運算代數(shù)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頻率源性能是伴隨著頻率合成技術(shù)的進步而發(fā)展的，從20世紀30年代開始形成頻率合成理論算起，頻率合成技術(shù)的發(fā)展至今經(jīng)歷了三代：p直接式頻率合成（）p間接式頻率合成（）p直接數(shù)字式頻率合成（）

12、 頻率合成技術(shù)的發(fā)展頻率合成技術(shù)的發(fā)展直接式頻率合成其基本原理是利用一個或多個不同頻率的晶體振蕩器作為參考源，經(jīng)過一系列混頻、倍頻、分頻及濾波等操作直接產(chǎn)生所需要的各種離散輸出頻率。直接式頻率合成（一）直接式頻率合成（一） 有多個參考頻率源的叫做有多個參考頻率源的叫做直接直接式非相關(guān)頻率合成器式非相關(guān)頻率合成器，它的缺點在，它的缺點在于制作多個具有相同頻率穩(wěn)定度和于制作多個具有相同頻率穩(wěn)定度和精度的參考頻率源既復雜又困難，精度的參考頻率源既復雜又困難，成本很高；成本很高；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（+ +）2

13、MHz2MHz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接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz直接式頻率合成（二）直接式頻率合成（二） 只有一個頻率參考源的叫做只有一個頻率參考源的叫做直接式相關(guān)頻率合成器直接式相關(guān)頻率合成器，這種合，這種合成器由于只有一個參考源，它所需的所有頻率都由這一個頻率成器由于只有一個參考源，它所需

14、的所有頻率都由這一個頻率經(jīng)過倍頻、分頻和混頻后得到，這樣，合成器所輸出頻率的穩(wěn)經(jīng)過倍頻、分頻和混頻后得到，這樣，合成器所輸出頻率的穩(wěn)定度和精度都與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)都使用這種方法。定度和精度都與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)都使用這種方法。直接式頻率合成（三直接式頻率合成（三）優(yōu)點優(yōu)點p頻率轉(zhuǎn)換速度快頻率轉(zhuǎn)換速度快p長期和短期頻率穩(wěn)定度高長期和短期頻率穩(wěn)定度高p具有很好的近載頻相位噪聲性能。具有很好的近載頻相位噪聲性能。缺點缺點但由于大量采用了倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，因此：但由于大量采用了倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，因此：p結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)試難度大結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)試難度大p雜散抑制較差，雜散抑制較

15、差，p難以達到高的頻率分辨率。難以達到高的頻率分辨率。在20世紀50年代出現(xiàn)的鎖相式頻率合成是一種間接的頻率合成方法，它利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準頻率上，這樣通過不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個基準頻率的基礎(chǔ)上合成不同的頻率。 間接式頻率合成間接式頻率合成鎖相環(huán)基本工作原理及性能鎖相環(huán)基本工作原理及性能 鎖相環(huán)是一個相位環(huán)負反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（鎖相環(huán)是一個相位環(huán)負反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（PDPD）、環(huán)路濾波器（）、環(huán)路濾波器（LPFLPF）、電壓）、電壓控制振蕩器（控制振蕩器（VCOVCO）及基準晶體振蕩器等部分組成）及基準晶體振蕩器等部分組成

16、。鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（一）鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（一）（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(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字倍頻環(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)簡化圖倍頻環(huán)實現(xiàn)對輸入頻率進行乘法運算，主要有兩種形倍頻環(huán)實現(xiàn)對輸入頻率進行乘法運算，主要有兩種形式：式：諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)和和數(shù)字倍頻環(huán)數(shù)字倍頻環(huán)鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（二）鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（二）分頻環(huán)實現(xiàn)對輸入頻率的除法運算，與倍

17、頻環(huán)相似，也有兩種基本形式。 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(shù)字分頻環(huán)）數(shù)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)簡化圖鎖相環(huán)的基本形式分頻式鎖相環(huán)的基本形式分頻式混頻環(huán)實現(xiàn)對頻率的加減運算 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= fi1- fi2混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo= fi1+

18、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)簡化圖鎖相環(huán)的基本形式混頻式鎖相環(huán)的基本形式混頻式單環(huán)合成單元存在頻率點數(shù)目較少，頻率分辨率不高等缺點，所以一個合成式信號源都是由多環(huán)合成單元組成。 fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1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100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 雙環(huán)合成器簡化

19、結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器簡化結(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諧波諧波形成形成鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（一）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（一）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鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（二）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（二）iAAfNfiBBfNfMfffBAo/iBAofMNNf)/(小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（一）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（一）n隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了小數(shù)分頻鎖相環(huán)，給頻率分辨

20、率的提高提供了較好的途徑，因而在現(xiàn)代頻率合成器中得到了較多地應用。VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理器微處理器 實際上數(shù)字分頻器每次分頻的系數(shù)仍是整數(shù)，所謂小數(shù)分頻只是一種平均的效果。概括地講，若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分（N）也有小數(shù)部分（k），小數(shù)部分的位數(shù)為n，則需進行k次（N+1）分頻，（10n-k）次N分頻循環(huán)進行即可，每次循環(huán)總分頻次數(shù)為10n次。小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（二）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（二）VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理器微處理器若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分（N）也有小數(shù)部分（k），小數(shù)部分的位數(shù)為n，則需進行k次（N+1）分

21、頻，（10n）-k）次N分頻循環(huán)進行即可，每次循環(huán)總分頻次數(shù)為10n次如希望得到如希望得到18.9次分頻：次分頻：N=18，k9，n=19次次19分頻，分頻，(101)-91次次18分頻分頻，則平均分頻系數(shù)為：，則平均分頻系數(shù)為：（19*9+18*1）/（9+1）18.9如希望得到如希望得到41.28次分頻：次分頻：N=41，k28，n=228次次42分頻，分頻，(102)-2872次次41分分頻，則平均分頻系數(shù)為：頻，則平均分頻系數(shù)為：（42*28+41*72）/（28+72）18.9小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（三）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（三）VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理

22、器微處理器 N及N+1分頻的進行是被“摻勻”了的，避免出現(xiàn)一段時間內(nèi)完成的都是N分頻而在另一段時間 內(nèi)都是N+1分頻。這樣的工作由微處理器控制完成。具體的方法可用小數(shù)部分k進行累加，若累加計數(shù)未達到10n則取N分頻，若達到則累加高位溢出，并取N+1分頻。如希望得到如希望得到18.7次分頻：次分頻：N=18，k7，n=1累加累加 次數(shù)次數(shù)累加結(jié)果累加結(jié)果分頻系數(shù)分頻系數(shù)1718214419311119481851551961221979188166199133191010019鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（三）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（三）毫米波毫米波CW信號源信號源（多環(huán)（多環(huán)/小數(shù)分頻技術(shù)小數(shù)分

23、頻技術(shù)解決頻率分辨率與相位噪聲指標間的矛盾）解決頻率分辨率與相位噪聲指標間的矛盾） PLL相位噪聲的特點nPLL的相位噪聲來源包括：n參考源、鑒相器、VCO以及寬帶噪聲基底n分頻比N決定了輸出頻率相位噪聲的惡化依據(jù) 20logN 這一公式！鎖相環(huán)的相位噪聲特點鎖相環(huán)的相位噪聲特點n優(yōu)點：易于集成化體積小結(jié)構(gòu)簡單功耗低價格低n缺點：頻率切換時間相對較長頻率分辨率無法滿足當前更高精度的要求鎖相環(huán)小結(jié)鎖相環(huán)小結(jié)70年代,Tierney J等人就首先提出了DDS的概念，直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesis）的基本原理是基于取樣技術(shù)和計算技術(shù)，通過數(shù)字合成來生成頻率和相位對于固

24、定的參考頻率可調(diào)的信號。直接數(shù)字頻率合成的基本組成原理直接數(shù)字頻率合成的基本組成原理 直接數(shù)字式頻率合成直接數(shù)字式頻率合成輸出信號頻率輸出信號頻率fo: 取決于兩個因數(shù)：取決于兩個因數(shù)：參考時鐘頻率；參考時鐘頻率；ROMROM中存儲的正弦波；中存儲的正弦波；2coNKff 如果如果地址計數(shù)器以步進（地址計數(shù)器以步進（=1)=1)進行累加，則可在進行累加，則可在f fc c和和ROMROM數(shù)據(jù)不數(shù)據(jù)不變的情況下改變變的情況下改變輸出頻率，此時輸出頻率，此時fo為：為：設(shè)取樣時鐘頻率為設(shè)取樣時鐘頻率為fc，正弦波每一周期由，正弦波每一周期由 個取樣點構(gòu)成，則該正個取樣點構(gòu)成，則該正弦波的頻率為：弦

25、波的頻率為：DDS工作原理（一）122coNNcffT2N點數(shù)點數(shù)2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248在實際的在實際的DDS中，為了降低中，為了降低ROM的內(nèi)存的內(nèi)存容量，采用了壓縮的方法，主要利用正弦波容量，采用了壓縮的方法，主要利用正弦波的對稱性，將的對稱性，將360度范圍內(nèi)的幅、相點減少到度范圍內(nèi)的幅、相點減少到90度以內(nèi)正弦函數(shù)的近似算法度以內(nèi)正弦函數(shù)的近似算法 。DDS工作原理（二）DDS工作原理（三）設(shè)相位累加器位數(shù)為N，頻率控制字為，參考時鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：2ocNKf

26、f相位截斷誤差相位截斷誤差：一般舍去：一般舍去N N的低位，只取的低位，只取N N的高的高A A位（如高位（如高1616位）作為存儲器地址，使得相位的低位被截斷（即相位截尾位）作為存儲器地址，使得相位的低位被截斷（即相位截尾）。當相位值變化小于）。當相位值變化小于1/21/2A A時，波形幅值并不會發(fā)生變化，時，波形幅值并不會發(fā)生變化，但但輸出頻率的分辨率并不會降低輸出頻率的分辨率并不會降低，由于地址截斷而引起的幅，由于地址截斷而引起的幅值誤差，稱為截斷誤差。值誤差，稱為截斷誤差。單片集成化的DDS輸出輸出輸出輸出串串/并并選擇選擇6 位 地 址位 地 址或串行編或串行編程程8位并位并行數(shù)據(jù)行

27、數(shù)據(jù)FSK/BPSK/HOLD數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入420參考參考時鐘倍乘時鐘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(diào)調(diào)制制I/O端口緩沖端口緩沖12位位AM調(diào)制調(diào)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+-小結(jié)優(yōu)點優(yōu)點p極高的頻率分辨率，可達微赫茲量

28、級。例如，當DDS時鐘采用300MHz，相位累加器字長為48位，此時頻率分辨率約為1.06610-6Hz，這在傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)看來是幾乎不可能實現(xiàn)的。p輸出頻率相對帶寬很寬。p極短的頻率轉(zhuǎn)換時間，可達納秒量級。p頻率轉(zhuǎn)換時的相位連續(xù)性。p具有任意波形輸出能力。p具有數(shù)字調(diào)制功能。缺點缺點工作頻率的限制。p輸出信號雜散抑制差。幾種頻率合成技術(shù)對比 樣式參數(shù)DSPLLDDS相位噪聲很低與分頻比有關(guān)與集成工藝和參考時鐘有關(guān)雜散與濾波器有關(guān)與分頻比、環(huán)路帶寬濾波器有關(guān)與DAC、相位舍位、幅度量化捷變速度快，取決于濾波器速度與環(huán)路帶寬有關(guān)很很，與時鐘頻率有關(guān)帶寬 與濾波器有關(guān)與環(huán)路帶寬有關(guān)與時鐘頻率有

29、關(guān)體積大較小較小價格昂貴便宜較低功耗大很小與時鐘頻率有關(guān)正弦信號源的典型應用n系統(tǒng)本振（相位噪聲 頻率精度）n器件（放大器）失真測試（三階交調(diào) 寄生分量）n接收機測試（寄生 功率精度）n掃描功能（功率掃描 頻率掃描）的應用 系統(tǒng)本振n本振頻率精度決定發(fā)射機頻率精度n本振相位噪聲會影響鄰通道信號 失真測試（一）三階交調(diào)三階交調(diào) 當兩個信號進入非線性系統(tǒng)，將產(chǎn)生其它頻率分量，這個寄生信號往往對有用信號產(chǎn)生嚴重的干擾互調(diào)失真。112cosfA)2cos(22fAnnPKPKPKPK33221)2cos(2cos22111tfAt fAKt fKA122122cos5 . 0)22cos(5 . 02

30、222tfKA)(2cos21221tffKAA)(2cos21221tffKAA）)2(2cos75. 0213221tffKAA)2(2cos75. 0123221tffKAA一階一階二階二階三階三階圖 三階交調(diào)分量與三階交調(diào)截點失真測試（二）三階交調(diào)截點（3rd Order Intercept Point）三階交調(diào)截點通常用來表征器件（如放大器、混頻器）或是接收機動態(tài)范圍（非線性）的指標。 三階交調(diào)截點為基波信號的輸入輸出功率特性，與第三階互調(diào)分量信號的輸入輸出功率特性交會之點。在設(shè)計接收機系統(tǒng)時，利用三階交調(diào)截點，可以相當準確地預測交調(diào)分量的功率。 雖然三階交調(diào)截點在實際上很難精確地獲

31、得，但從理論上，當三階交調(diào)分量較小時，輸入信號每增加1dB，三階交調(diào)分量增加3dB，根據(jù)這一理論，可以近似地得到三階交調(diào)點。設(shè)基波輸入信號基波輸入信號所提供的功率為Pi，若以dBm計為223310lg10lg(10lg10lg27)()10210iniininPVPVRdBmR再就線性部分的基波輸出分量來看，輸出功率為再就線性部分的基波輸出分量來看，輸出功率為若以若以dBm計為計為2212outLK VPR2222113310lg10lg(10lg10lg10lg27)()10210outoLLPK VPVKRdBmR設(shè)基波功率增益為設(shè)基波功率增益為oPiPGP改以改以dB計為計為2110lg

32、(10lg10lg10lg)()pinLGGKRRdB而又可知而又可知oiPPG第三階交調(diào)信號的輸出功率為：233,3324oLK VPR若以若以dBm計為計為223333310lg2104LKPVR此式中部分項以此式中部分項以Pi表示可得：表示可得：333356.520lg10lginiLRPPKR進一步可表示為：進一步可表示為：33iPPK3356.520lg10lginLRKKRoiPPG又有：又有：223310lg10lg(10lg10lg27)()10210iniininPVPVRdBmR三階交調(diào)截點的確定三階交調(diào)截點的確定33iPPKoiPPG輸入交調(diào)截點輸入交調(diào)截點Input I

33、ntercept Point輸出交調(diào)截點輸出交調(diào)截點Output Intercept PointOIPIIPG斜率：斜率：G斜率：斜率：3G三階交調(diào)截點的測量三階交調(diào)截點的測量 P1abPaPbOIP-Pa=(Pa-Pb)/2按照三階交調(diào)按照三階交調(diào)截點的定義測量時截點的定義測量時，輸入功率和輸出功率均比，輸入功率和輸出功率均比較大，不便于測量。較大，不便于測量。OIP=Pa+IM/2三階交調(diào)截點的測量三階交調(diào)截點的測量 G=20dBOIP=Pa+IM/2 =-10dBm+30dB=20dBmIIP=OIP-G =20dBm-20dB=0dBm改善放大器與改善放大器與頻譜分析儀之頻譜分析儀之間

34、的阻抗匹配間的阻抗匹配來減小信號源的來減小信號源的諧波成分對測試諧波成分對測試結(jié)果的影響結(jié)果的影響失真測試（三）放大器失真測試（三階交調(diào)測試） 接收機測試（寄生 功率精度） 1dB1dB壓縮點壓縮點失真測試（四） 可利用功率掃描 功能進行測試1dB壓縮點比正弦波信號源更進一步！PSG8257D模似信號源E4438C或PSG8267D 矢量信號源什么是調(diào)制？什么是調(diào)制？n調(diào)制的基本意思是修正或調(diào)整。在通信中，它意味著在發(fā)送信號前要對該信號作某種形式的變化。如果我們能將此變化與我們要發(fā)送的信息相關(guān)聯(lián)，并在接收端可靠地檢測出此變化，就有可能導出我們想要發(fā)送的原數(shù)據(jù)。n因此對任何調(diào)制都有兩項主要要求

35、信號信號特性的變化應與發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并能可靠特性的變化應與發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并能可靠檢測到這一改變檢測到這一改變。這兩項要求適用于任何調(diào)制，包括模擬模擬或數(shù)字數(shù)字調(diào)制。n把信號調(diào)制到介質(zhì)有最好傳輸特性的頻段n改善局部帶寬的使用n無線電傳輸：減小天線的物尺寸 （f= 30 KHz = 10 Km）n在給定帶寬中實現(xiàn)多用戶的復用我們?yōu)槲覀優(yōu)槊匆M么要進調(diào)制？調(diào)制？調(diào)制種類（一）調(diào)制種類（一）n為了把信息信號（語音）放到載波信號上，我們可根據(jù)信息信號改變它的幅度、頻率或相位。n模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制間的差別在于信息信號。在這兩種方案中，改變的是載波信號的幅度、頻率或相位（或是其組合）。n在模擬調(diào)制模

36、擬調(diào)制中，載波參數(shù)按連續(xù)的模擬信息信號改變，n在數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制中，參數(shù)（幅度、頻率或相位）按離散的數(shù)字信息改變。調(diào)制種類（二）調(diào)制種類（二）I-Q I-Q （矢量）調(diào)制（矢量）調(diào)制n幅度 n相位 22IQtanQaI調(diào)制的趨勢調(diào)制的趨勢函數(shù)函數(shù) ( (波形波形) )信號發(fā)生器信號發(fā)生器函數(shù)函數(shù) ( (波形波形) )信號發(fā)生器信號發(fā)生器 這一類混合信號源是為輸出具有模擬特點的波形而設(shè)計的，包括模擬波(如正弦波和三角形波)到“方形”波。這些波形因其合成原理而具有量化誤差具有量化誤差，但同時，它也因此而能夠模擬模擬“實際環(huán)境實際環(huán)境”信號信號所具有的不完美性。在通用混合信號源中，可以控制幅度、頻率

37、、相位及DC 偏移和上升時間與下降時間；可以生成過沖等畸變；可以增加邊沿抖動、調(diào)制等等。nAFG任意函數(shù)發(fā)生器（ Aibitray Function Generator ）nAWG任意波形發(fā)生器（Aibitray Wave Generator）函數(shù) (波形)信號發(fā)生器可產(chǎn)生的信號n正弦波n方形波和矩形波n鋸齒形波和三角形波n步進脈沖n合成波模擬調(diào)制信號、數(shù)字調(diào)制信號、脈寬調(diào)制信號和正交調(diào)制信號數(shù)字碼型和格式偽隨機碼流和字流主要波形技術(shù)指標（一）對于AWG和AFG這一類“混合”信號源來說除了與正弦波信號源相類似的頻率、幅度等技術(shù)指標外，根據(jù)其波形特點，還具有其它一些技術(shù)指標： p上升時間和下降時

38、間p脈寬脈沖基本特點主要波形技術(shù)指標（二）p偏移p差分信號與單端信號AFG任意函數(shù)發(fā)生器（一）p任意函數(shù)發(fā)生器(AFG)滿足了廣泛的激勵需求；事實上，它是當前業(yè)內(nèi)流行的信號源結(jié)構(gòu)。一般來說，這種儀器提供的波形變化要低于同等的波形變化要低于同等的AWGAWG，但它具有杰出的穩(wěn)定穩(wěn)定性性及對頻率變化有快速響應能力快速響應能力。如果DUT 要求典型的正弦波和方形波(等等)及要求能夠在兩個頻率之間幾乎瞬時切換，那么任意函數(shù)發(fā)生器(AFG)就提供了這種能力。p另一個特點是任意函數(shù)發(fā)生器的成本很低成本很低，因此對不要求AWG 通用性的應用極具吸引力。AFG 的許多功能與AWG 相同，但AFG AFG 在設(shè)

39、計上是一種專用性更強的儀器在設(shè)計上是一種專用性更強的儀器。AFG提供了獨特的優(yōu)勢：它以標準形狀精確、捷變地生成穩(wěn)定的波形，特別是最重要的正弦波和方形波。AFG任意函數(shù)發(fā)生器（二）在過去，AFG使用模擬振蕩器和信號調(diào)節(jié)技術(shù)生成輸出信號。最新的AFG 依賴直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)，確定將樣點讀出內(nèi)存的時鐘速率。p典型的AFG僅在內(nèi)存中存儲少量的波形類型存儲少量的波形類型。一般來說，正弦波和方形波是許多測試應用使用最廣泛的波形。某些AFGs 則是混合設(shè)備，其提供了精確、捷變的基于DDS的正弦波和方形波；而其它波形則使用比較傳統(tǒng)的AWG技術(shù)生成。這是一種經(jīng)濟的解決方案，它通過最關(guān)鍵的功能實現(xiàn)了最高的性能。p盡管AFG不能和AWG一樣生成幾乎任何可以想象的波形，但AFG 可以生成世界各地的實驗室、修理廠和設(shè)計部門中最常用的測試信號。此外，它提供了杰出的頻率捷變性。更重要的是，AFG 通常是一種非常經(jīng)濟的測試方式非常經(jīng)