測量用信號發(fā)生器

1、測量用信號發(fā)生器1.1.信號源的作用信號源的作用 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)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。則波形的信號發(fā)生器。 信號源的用途主要有以下三方面：信號源的用途主要有以下三方面： 激勵源。激勵源。 信號仿真。信號仿真。 標(biāo)準(zhǔn)信號源。標(biāo)準(zhǔn)信號源。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3. 按照信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 可分為： 一般信號發(fā)生器； 標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器； %100ooofffff%100minmaxofff3. 調(diào)制特性調(diào)制特性的恒量指標(biāo)主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅

2、系數(shù)，最大頻偏，調(diào)制線性等。3.2.1 正弦信號發(fā)生器主振級主振級緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理低頻信號發(fā)生器組成原理輸出輸出主振級主振級波段波段選擇選擇頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)緩沖緩沖調(diào)制級調(diào)制級輸出級輸出級調(diào)制振蕩器調(diào)制振蕩器監(jiān)測器監(jiān)測器外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖u ut to o（a a）矩形波）矩形波u ut to o（b b）鋸齒波）鋸齒波u ut to o（c c）階梯波）階梯波u ut to o（d d）鐘形脈沖）鐘形脈

3、沖u ut to o（e e）數(shù)字編碼序列）數(shù)字編碼序列 常見的脈沖信號常見的脈沖信號u脈沖發(fā)生器的分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈脈沖發(fā)生器的分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。輸出輸出脈寬，上升脈寬，上升/ /下降沿下降沿控制控制主振級主振級同步放大同步放大延時級延時級脈沖形成脈沖形成輸出級輸出級同步脈沖輸出同步脈沖輸出外同步外同步觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入外觸發(fā)外觸發(fā)同步脈沖輸出同步脈沖輸出脈沖信號發(fā)生器組成原理脈沖

4、信號發(fā)生器組成原理u快速脈沖信號的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、雪崩晶體快速脈沖信號的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及隧道二極管脈沖發(fā)管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及隧道二極管脈沖發(fā)生器等。生器等。V VD DR RC CR RO OK KR RL L水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理50mV/DIV30dB1 ns/DIV(a)0-40dB0123GHz(b)過度持續(xù)時間為過度持續(xù)時間為1ns的脈沖發(fā)生器前沿及其頻譜的脈沖發(fā)生器前沿及其頻譜50mV/DIV100 ps/DIV(a)0-40dB0102030GHz

5、(b)隧道二極管脈沖發(fā)生器前沿及其頻譜隧道二極管脈沖發(fā)生器前沿及其頻譜 例如一個前沿上升時間為例如一個前沿上升時間為1ns1ns的脈沖，其可用頻譜分量為的脈沖，其可用頻譜分量為1GHz1GHz，而隧道二極管脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖前沿上升時間快達(dá)而隧道二極管脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖前沿上升時間快達(dá)15ps15ps，則，則其可用頻譜可以高達(dá)其可用頻譜可以高達(dá)30GHz30GHz。C雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)電路電路VC2V2VC1AWRU1I1U2B方波、三角波發(fā)生器原理框圖方波、三角波發(fā)生器原理框圖V1)(221VVCIfsc設(shè)充放電電流為I，輸出三角波的頻率為fsc，則：utiustusct分段折線逼近波形綜合分

6、段折線逼近波形綜合n其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。 分段逼近波形綜合電路分段逼近波形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BViVoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6But（a）ut（b）tu（c）tu（d）鋸齒波的獲得原理鋸齒波的獲得原理 鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（a a）所示）所示三角波與圖（三角波與圖（b b）所示方波直接疊加就可得到圖（）所示方波直接疊加就可得到圖（c c）所示的）

7、所示的交錯鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（交錯鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（d d）所示的鋸齒）所示的鋸齒波。波。頻率頻率控制控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)三角波三角波緩沖器緩沖器正弦波綜正弦波綜合及緩沖合及緩沖正恒正恒流源流源負(fù)恒負(fù)恒流源流源比較器比較器方波方波緩沖器緩沖器外外部部頻頻率率控控制制函數(shù)函數(shù)選擇選擇及其及其它波它波形產(chǎn)形產(chǎn)生生輸出輸出放大放大輸出輸出濾波濾波直流直流補(bǔ)償補(bǔ)償積分積分電路電路函數(shù)發(fā)生器基本組成原理函數(shù)發(fā)生器基本組成原理3.直接數(shù)字合成基本原理 設(shè)取樣時鐘頻率為，正弦波每一周期由個取樣點構(gòu)成，則該設(shè)取樣時鐘頻率為，正弦波每一周期由個取樣點構(gòu)成，則該正弦波的頻率為：正弦波的頻

8、率為：NfNTfcco1地址計數(shù)器地址計數(shù)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(shù)：取決于兩個因數(shù)：參考時鐘頻率；參考時鐘頻率；ROMROM中存中存儲的正弦波；儲的正弦波；NMffco如果如果地址計數(shù)器以步進(jìn)地址計數(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)不變數(shù)據(jù)不變的情況下改變的情況下改變輸出頻率，此時輸出頻率，此時fo為：為：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(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LPFfo2448位位1

9、416位位相位累加器原理相位累加器原理步進(jìn)步進(jìn)點數(shù)點數(shù)2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248數(shù)字相位圓數(shù)字相位圓cNofMf2實際應(yīng)用中一般取實際應(yīng)用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 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(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

10、位位D/AM/DAC復(fù)位復(fù)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)制調(diào)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)+-相位累加相位累加器器參考參考時鐘時鐘相位相位調(diào)制器調(diào)制器D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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PDLPFVCOKDDS混頻器混頻器帶通濾波帶通濾波frfcfoD

11、DS/PLL混頻式頻率合成原理混頻式頻率合成原理fPfD基準(zhǔn)信號源基準(zhǔn)信號源此時輸出頻率為：此時輸出頻率為：NcrDPofMfKfff23 3.5.1.5.1任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器波形存儲器波形存儲器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器濾波器濾波器fs輸出輸出任意波形發(fā)生器原理任意波形發(fā)生器原理點頻法點頻法 ：逐點調(diào)整信號發(fā)生器的輸出頻率，并用電壓表等設(shè)備記錄：逐點調(diào)整信號發(fā)生器的輸出頻率，并用電壓表等設(shè)備記錄被測系統(tǒng)的響應(yīng)。被測系統(tǒng)的響應(yīng)。特點：準(zhǔn)確度高，但繁瑣費時，頻率間隔較大。特點：準(zhǔn)確度高，但繁瑣費時，頻率間隔較大。 掃頻法：是利用掃頻信號發(fā)生器輸出自動連續(xù)變化的頻率信號，對被測系掃頻法：是利用掃

12、頻信號發(fā)生器輸出自動連續(xù)變化的頻率信號，對被測系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)式的掃頻測試。統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)式的掃頻測試。特點：簡單快捷，可以方便地測量系統(tǒng)的頻率特性及動態(tài)特性。特點：簡單快捷，可以方便地測量系統(tǒng)的頻率特性及動態(tài)特性。 掃描電壓發(fā)生器掃描電壓發(fā)生器正弦振蕩器正弦振蕩器放大器放大器電平調(diào)制電平調(diào)制衰減衰減ALC放大放大狀態(tài)控制狀態(tài)控制可變移相可變移相顯示器顯示器頻率標(biāo)記電路頻率標(biāo)記電路輸出輸出外部自動外部自動電平控制電平控制參考電平參考電平調(diào)制信號調(diào)制信號掃頻信號發(fā)生器原理框圖掃頻信號發(fā)生器原理框圖正弦振蕩器在掃描電壓作用下，按一定規(guī)律在一定頻率范圍內(nèi)反復(fù)掃描。正弦振蕩器在掃描電壓作用下，按一定規(guī)律在一定頻率范圍內(nèi)反復(fù)掃描。掃描電壓為鋸齒波或三角波掃描電壓為鋸齒波或三角波: :其頻率掃描規(guī)律為線性；其頻率掃描規(guī)律為線性；掃描電壓為對數(shù)變化掃描電壓為對數(shù)變化: : 頻率掃描規(guī)律是對數(shù)，對數(shù)掃頻常用于寬帶頻率掃描規(guī)