電子測(cè)量與儀器__第3章課件匯編

1、本章(bn zhn)要點(diǎn)測(cè)量用信號(hào)(xnho)發(fā)生器，通常稱為信號(hào)源。 信號(hào)源的功用、種類和主要性能指標(biāo) 通用低頻、高頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用 合成信號(hào)源的組成原理、特性和應(yīng)用 頻率合成技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 第3章信號(hào)發(fā)生器 1共五十四頁(yè)3.1 信號(hào)(xnho)發(fā)生器概述3.1.1 信號(hào)(xnho)發(fā)生器的功用 1.作激勵(lì)源 作為某些電氣設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。 2.信號(hào)仿真 在設(shè)備測(cè)量中，常需要產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境相同特性的信號(hào)，如對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行仿真。 3.校準(zhǔn)源 產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，用于對(duì)一般信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)（或比對(duì)）。 圖3.1 信號(hào)源的功用輸 入激 勵(lì)信號(hào)發(fā)生器被測(cè)設(shè)備測(cè)試儀器輸 出響 應(yīng)2共五十

2、四頁(yè)3.1.2 信號(hào)(xnho)發(fā)生器的分類 1. 按用途分 專用-電視信號(hào)發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀 通用-產(chǎn)生正弦波等通用波形 3. 按性能分 普通-功率大，頻率、電壓刻度不大準(zhǔn)確， 用于天線測(cè)試等 標(biāo)準(zhǔn)-頻率、電壓刻度準(zhǔn)確，屏蔽好，供計(jì)測(cè)用2. 按波形(b xn)分 正弦-脈沖-函數(shù)-產(chǎn)生函數(shù)通用波形 噪聲-ttttt3共五十四頁(yè)4. 按頻率(pnl)產(chǎn)生辦法分 諧振-由頻率選擇回路控制(kngzh)正反饋 產(chǎn)生振蕩。 合成-由基準(zhǔn)頻率通過加、減、乘、 除組合一系列頻率。 5. 按頻率范圍分 無(wú)低頻高頻微波頻段頻率范圍主振電路調(diào)制方式RC電路1Hz1MHz磁控管、體效應(yīng)管、1MHz1GH

3、z1GHz100GHzLC電路AM、FM、PMAM、FM4共五十四頁(yè)表3.1 信號(hào)源按頻率(pnl)劃分表 名 稱頻 率 范 圍主要應(yīng)用領(lǐng)域超低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器視頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器甚高頻信號(hào)發(fā)生器超高頻信號(hào)發(fā)生器30kHz以下30kHz300kHz300kHz6MHz6MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz電聲學(xué)、聲納電報(bào)通訊無(wú)線電廣播廣播、電報(bào)電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象5共五十四頁(yè)3.1.3 正弦(zhngxin)信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 在各類信號(hào)發(fā)生器中，正弦信號(hào)發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎(jh)滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量中

4、。 1. 頻率范圍 指信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)又可由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。 2.頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指信號(hào)發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實(shí)際輸出信號(hào)頻率間的偏差，通常用相對(duì)誤差表示 （3.1） 6共五十四頁(yè)3. 頻率(pnl)穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準(zhǔn)確度相關(guān)，頻率準(zhǔn)確度是由頻率穩(wěn)定度來(lái)保證的。頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率相對(duì)于預(yù)調(diào)值變化的大小。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為(fn wi)短期頻率穩(wěn)定度和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度。 短期：15分鐘內(nèi) 長(zhǎng)期：3小時(shí)內(nèi) （3.2） 7共五

5、十四頁(yè)4.失真度與頻譜純度(chnd) 定義(dngy) 測(cè)量：低頻信號(hào)發(fā)生器用失真系數(shù)高頻信號(hào)發(fā)生器用頻譜純度 USUnfAfAtU8共五十四頁(yè)5. 輸出阻抗(sh ch z kn) 低頻信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗(sh ch z kn)一般為600（或1k）功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有50、75、150、600和5 k等檔 高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有50或75檔。 信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的，若負(fù)載與信號(hào)源輸出阻抗不相等，則信號(hào)源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。 9共五十四頁(yè)6. 輸出(shch)電平 輸出電平指的是輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品(chn

6、pn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)發(fā)生器的最大輸出電壓和最大輸出功率在其衰減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。 討論：信號(hào)源輸出100mv，示波器上顯示卻為200mv，為什么會(huì)這樣？ 信號(hào)源100mv示波器200mv信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下按正弦波有效值標(biāo)定的。 7.調(diào)制特性 高頻信號(hào)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還能輸出一種或一種以上的已被調(diào)制的信號(hào)，多數(shù)情況下是調(diào)幅AM信號(hào)和調(diào)頻FM信號(hào)，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制PM等功能 10共五十四頁(yè)3.2 通用(tngyng)信號(hào)發(fā)生器 本節(jié)介紹的通用信號(hào)發(fā)生器是指一些常用的傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器，以區(qū)別后面(hu mian)介紹的合成信號(hào)發(fā)生器。 專業(yè)

7、課講系統(tǒng)、整機(jī)的組成的框圖原理、特點(diǎn)及實(shí)例基礎(chǔ)課講部件、單元電路如振蕩器、放大器等單元 模擬電路 課程特點(diǎn) 例：超外差接收機(jī)已經(jīng)歷電子管、晶體管、集成電路幾代發(fā)展， 但框圖原理未變。 高 放天線混頻器中 放檢 波低 放功放本 振11共五十四頁(yè)3.2.1 低頻(dpn)信號(hào)發(fā)生器 圖3.3 低頻信號(hào)源組成(z chn)框圖主振器放大器衰減器輸出電壓指示(a)輸出(b)固定頻率振蕩器可變頻率振蕩器混頻器濾波放大衰減器f2=3.4000MHzf1=3.39975.1000MHzf0=300Hz1.7000MHz12共五十四頁(yè)頻率覆蓋范圍大小(dxio)通常用頻率覆蓋系數(shù)表示： （3.7） 以通信中常

8、用的某電平振蕩器（實(shí)際上就是低頻信號(hào)發(fā)生器）為例，f1=3.3997MHz5.1000MHz，f2=3.4000MHz，則f0=300Hz1.7000MHz。比較一下頻率(pnl)覆蓋系數(shù) 而可變頻率振蕩器（相當(dāng)波段式中一個(gè)波段）的頻率覆蓋系數(shù)為 可見，差頻式信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。 13共五十四頁(yè)2. 主振蕩器的特點(diǎn)(tdin) 低頻信號(hào)發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用文氏橋式振蕩器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定(wndng)，易于調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。 文氏橋式振蕩器是典型的RC正弦振蕩器。其振蕩頻率決定于RC式反饋網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，表達(dá)式為： （3.8） 選頻網(wǎng)絡(luò)放大器放大器0 180

9、180 U0輸出(f0)R1AR1R3C1C2R2振蕩條件？14共五十四頁(yè)在低頻信號(hào)發(fā)生器中為何不采用較熟悉(shx)的LC振蕩器呢？這是因?yàn)長(zhǎng)C振蕩器的頻率決定于：（3.9） 原因 頻率較低時(shí)，L、C 數(shù)值大，相應(yīng)的體積、重量也相當(dāng)大，分布電容、漏電導(dǎo)等也都相應(yīng)很大，而品質(zhì)因數(shù)Q值降低很多，諧振特性變壞，頻率調(diào)節(jié)也困難(kn nn)。而在RC振蕩器中，頻率降低，增大電阻容易做到，且功耗也可減小。 原因 在LC振蕩器中 成反比，因而同一波段內(nèi)頻率覆蓋系數(shù)很小。例如L固定，調(diào)節(jié)電容C改變振蕩頻率，設(shè)電容器調(diào)節(jié)范圍為40 pF450pF，則頻率覆蓋系數(shù)為15共五十四頁(yè)而用RC振蕩器，由（3.8）式

10、可知(k zh)， 成反比，頻率(pnl)覆蓋系數(shù)為在一個(gè)波段內(nèi)有較大的頻率覆蓋系數(shù)。 3.低頻信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)特性 目前，低頻信號(hào)發(fā)生器主要技術(shù)指標(biāo)的典型數(shù)據(jù)大致如下： 頻率范圍： 1Hz1MHz分頻段，均勻連續(xù)可調(diào) 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.1%非線性失真：0.1%1% 輸出電壓：0V10V 輸出功率：0.5 W5W 連續(xù)可調(diào) 輸出阻抗：50,75,600，5k 輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出 16共五十四頁(yè)3.2.2高頻(o pn)信號(hào)發(fā)生器 1. 高頻信號(hào)發(fā)生器的組成(z chn)原理 圖3.4高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖主振級(jí)緩沖級(jí)調(diào)制級(jí)輸出級(jí)監(jiān)測(cè)器輸出電 源內(nèi)調(diào)制振蕩器可 變電抗器外調(diào)制輸

11、入AMFM內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制：F=1000Hz m=30%若語(yǔ)音調(diào)制則成小電臺(tái)17共五十四頁(yè)l)主振級(jí) 主振級(jí)通常是LC三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生具有(jyu)一定工作頻率范圍的正弦信號(hào)。 2)緩沖(hunchng)級(jí) 它主要起阻抗變換作用，用來(lái)隔離調(diào)制級(jí)與主振級(jí)。 3)調(diào)制級(jí) 為了測(cè)試各種接收機(jī)的靈敏度和選擇性等性能指標(biāo)，必須用已調(diào)制正弦信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)，這個(gè)任務(wù)在調(diào)制級(jí)中完成。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz35MHz的高頻信號(hào)發(fā)生器中，高頻信號(hào)發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz1000MHz信號(hào)發(fā)生器中，脈沖調(diào)制多用于300MHz以上的微波信號(hào)發(fā)生

12、器中。4)輸出級(jí) 輸出級(jí)可進(jìn)一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達(dá)到V數(shù)量級(jí)。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準(zhǔn)確讀數(shù)，有良好的頻率特性，在輸出端有準(zhǔn)確且固定的輸出阻抗。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制：F=1000Hz m=30%18共五十四頁(yè)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配(ppi)負(fù)載的條件下標(biāo)定的，若負(fù)載與信號(hào)源輸出阻抗不相等，則信號(hào)源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。 RiR0RbRbRbRbRLR0RaRaRa19共五十四頁(yè)2.高頻信號(hào)(xnho)發(fā)生器使用中的問題1)接收機(jī)的測(cè)量(cling) 測(cè)試接收機(jī)的性能，如選擇性、靈敏度等指標(biāo)，是高頻信號(hào)發(fā)生器的典型應(yīng)用。為了使接收機(jī)符合實(shí)際的工作情況，必須在接收機(jī)與

13、儀器間接一個(gè)等效天線。等效天線接在電纜分壓器的分壓接線柱（有電位的一端）與接收機(jī)的天線接線柱之間。一般可采用如圖3.6所示的接法。它適合于540kHz幾十MHz的接收機(jī)測(cè)試。 2)波段劃分 高頻信號(hào)發(fā)生器主振級(jí)的LC振蕩器，通常是固定電感L，通過改變電容C來(lái)調(diào)整振蕩頻率。但這時(shí)頻率覆蓋范圍是有限的，可通過下式進(jìn)行估算： 圖3.7LC回路L1CL2Ln.20共五十四頁(yè)例3.1 XFC-6型高頻(o pn)信號(hào)發(fā)生器f =4 MHz300MHz， 試問應(yīng)劃分幾個(gè)波段？上式中0.9k的含義是讓單回路覆蓋系數(shù)取小些，這里取k=2，以保證各波段能銜接覆蓋。該例算出n=8，即要?jiǎng)澐?hu fn)8個(gè)波段。

14、這時(shí)相鄰波段的電感值可按下式計(jì)算。 （3.11） （3.10） 21共五十四頁(yè)3）輸出(shch)匹配 圖3.8阻抗匹配(z kn p pi)信號(hào)源被測(cè)設(shè)備阻 抗變換器(a)(b)R3R1 Rs50 R2RL75 RsRL22共五十四頁(yè)3.2.3脈沖(michng)信號(hào)發(fā)生器 外同步放 大主振級(jí)同步輸出外同步輸入延遲級(jí)形成級(jí)整形級(jí)輸出級(jí)主脈沖acbdefabcdetztrfUtttTU0tUm0.9Um0.1UmU0.5Umtrtf矩形脈沖的參數(shù)23共五十四頁(yè)3.2.4函數(shù)(hnsh)信號(hào)發(fā)生器 圖3.12函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本組成正弦振蕩器緩沖級(jí)放大級(jí)輸出級(jí)方波形成積分器（a）（b）積分器外觸

15、發(fā)輸入施密特觸發(fā)器脈 沖觸發(fā)器正弦波轉(zhuǎn)換電路放大器（a）正弦式（b）脈沖式24共五十四頁(yè)3.2.5 噪聲(zoshng)發(fā)生器 圖3.14 噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)噪聲源變換器電平指示器電 源輸出衰減器t25共五十四頁(yè)3.3 合成(hchng)信號(hào)發(fā)生器 頻率(pnl)合成的方法 直接模擬頻率合成法（DAFS ）直接數(shù)字頻率合成法（DDS ） 間接鎖相式合成法（ Direct Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Frequency Synthesis ） 信號(hào)源 主振級(jí) 頻率準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度 通用信號(hào)源 RC、LC振蕩器 10-2量級(jí) 10-310

16、-4 合成信號(hào)源 晶體振蕩器 10-8量級(jí) 10-7量級(jí) 26共五十四頁(yè)3.3.1 直接模擬(mn)頻率合成法 利用倍頻、分頻和混頻以及濾波技術(shù)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需頻率的方法，稱為直接合成法，由于(yuy)大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以又稱為直接模擬頻率合成，且正好與下面介紹的直接數(shù)字頻率合成相對(duì)應(yīng)。 1.固定頻率合成法 圖3.15固定頻率合成法原理晶體振蕩器DNfrfo圖3.15為固定頻率合成的原理電路。圖中石英晶體振蕩器提供基準(zhǔn)頻率 ，D為分頻器的分頻系數(shù)，N為倍頻器的倍頻系數(shù)。因此，圖3.15固定頻率合成法輸出頻率 為在式中，D和N均為給定的正整數(shù)。輸出頻率人為

17、定值，所以稱為固定頻率合成法。 27共五十四頁(yè)2.可變頻率(pnl)合成法 帶通13MHz10MHz1M2M34混頻28共五十四頁(yè)圖3.16 固定頻率合成法原理fi110+10+10+10+頻 率 選 擇 開 關(guān)輔助基準(zhǔn)頻率發(fā)生器2.002.09MHz2.0002.099MHz2.00002.0999MHz2.000002.099999MHzfofi2fi3fi4f1f2f3f4fr2.02.9MHzF=16MHz2MHz5MHz=216(2.02.9)MHz=(20.020.9)MHz =（2.000002.09999）MHz 29共五十四頁(yè)直接(zhji)模擬合成技術(shù)特點(diǎn)： 1)頻率(pn

18、l)分辨力高 2)頻率切換快 -用于跳頻通信對(duì)抗 （因頻率點(diǎn)不太多）3)電路龐大、復(fù)雜 -現(xiàn)不用它做信號(hào)源 （因信號(hào)源要求頻率范圍寬）30共五十四頁(yè)3.3.2 直接數(shù)字(shz)頻率合成法 直接數(shù)字合成法（DDS，Direct Digital Frequency Synthests）。它突破了頻率合成法的原理，從“相位”的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成。這種合成方法不僅可以(ky)給出不同頻率的正弦波，而且還可以給出不同初始相位的正弦波，甚至可以給出各種任意波形。這在前述模擬頻率合成方法中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這里先討論正弦波的合成問題，關(guān)于任意波形將在后面進(jìn)行討論。 1.直接數(shù)字合成基本原理 三角波：+1、+

19、1 -1、-1 方 波：0、0、 1、1、 31共五十四頁(yè) 正弦(zhngxin)波：預(yù)存正弦(zhngxin)函數(shù)表，如圖3.18。 2 實(shí)例(shl)說(shuō)明： AD9850是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的DDS單片頻率合成器，在DDFS的ROM中已預(yù)先存入正弦函數(shù)表：其幅度按二進(jìn)制分辨率量化；其相位一個(gè)周期360按 的分辨率設(shè)立相位取樣點(diǎn)，然后存入ROM的相應(yīng)地址中。 32共五十四頁(yè)實(shí)用中，改變讀取ROM的地址數(shù)目，即可改變輸出頻率(pnl)。若在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 的控制(kngzh)下，依次讀取全部地址中的相位點(diǎn)，則輸出頻率最低。因?yàn)檫@時(shí)一個(gè)周期要讀取232相位點(diǎn)，點(diǎn)間間隔時(shí)間為時(shí)

20、鐘周期Tc，則Tout=232Tc 因此這時(shí)輸出頻率為圖3.19 AD9850內(nèi)部組成框圖頻率相位碼寄存器相位和控制字頻率碼32位高速DDS碼 輸 入 寄 存 器并 行8位5輸入時(shí)鐘輸入復(fù)位頻率更新/寄存器復(fù)位碼輸入時(shí)鐘串行1位40輸入比較器方波輸出模擬輸入模擬輸出DAC復(fù)位地Vs33共五十四頁(yè)（3.16） 若隔一個(gè)(y )相位點(diǎn)讀一次，則輸出頻率就會(huì)提高一倍。依次類推可得輸出頻率的一般表達(dá)式（3.17） 式中k為頻率(pnl)碼，是個(gè)32位的二進(jìn)制值，可寫成： （3.18） 對(duì)應(yīng)于32位碼值（0或1）。為便于看出頻率碼的權(quán)值對(duì)控制頻率高低的影響，將（3.18）代入（3.17）式得： （3.1

21、9） 34共五十四頁(yè)按AD9850允許最高時(shí)鐘頻率fc=125MHz來(lái)進(jìn)行具體(jt)說(shuō)明，當(dāng)A01，而A31，A30，A1均為0時(shí)，則輸出頻率最低，也是AD9850輸出頻率的分辨率： 與上面從概念導(dǎo)出的結(jié)果(ji gu)一致。當(dāng)A311，而A0，A1， A30均為0時(shí)，輸出頻率最高：應(yīng)當(dāng)指出，這時(shí)一周只有兩個(gè)取樣點(diǎn)，已到取樣定理的最小允許值，所以當(dāng)A311后，以下碼值只能取0。實(shí)際應(yīng)用中，為了得到好的波形，設(shè)計(jì)最高輸出頻率小于時(shí)鐘頻率的1/3。這樣，只要改變32位頻率碼值，則可得到所需要的頻率，且頻率的準(zhǔn)確度與時(shí)鐘頻率同數(shù)量級(jí)。35共五十四頁(yè)3. 任意波形的產(chǎn)生(chnshng)方法 直接數(shù)

22、字頻率(pnl)合成技術(shù)重要的特色，它可以產(chǎn)生任意波形。從上述直接數(shù)字頻率合成的原理可知，其輸出波形取決于波形存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。因此，產(chǎn)生任意波形的方法取決于向該存儲(chǔ)器（RAM）提供數(shù)據(jù)的方法。目前有以下幾種方法： 1)表格法 將波形畫在小方格紙上，縱坐標(biāo)按幅度相對(duì)值進(jìn)行二進(jìn)制量化，橫坐標(biāo)按時(shí)間間隔編制地址，然后制成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，按序放入RAM。對(duì)經(jīng)常使用的定了“形”的波形，可將數(shù)據(jù)固化于ROM或存入非易失性RAM中，以便反復(fù)使用。 圖3.21 表格法示意圖0.20UAPQRST0.40.6t(s)36共五十四頁(yè)2)數(shù)學(xué)(shxu)方程法 3)折線(zhxin)法 4)作圖法 通過計(jì)算機(jī)顯示器C

23、RT用移動(dòng)光標(biāo)作圖，生成所需波形數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)送入RAM。 5)復(fù)制法 將其它儀器（例如數(shù)字存儲(chǔ)示波器，XY繪圖儀）獲得的波形數(shù)據(jù)通過微機(jī)系統(tǒng)總線或GPIB接口總線傳輸給波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該法很適于復(fù)制不再?gòu)?fù)現(xiàn)的信號(hào)波形。自然界中有很多無(wú)規(guī)律的現(xiàn)象，例如雷電、地震及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)等現(xiàn)象都是無(wú)規(guī)律的，甚至一去不復(fù)返。為了研究這些問題，就要模擬這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。在過去只能采用很復(fù)雜的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在采用任意波形產(chǎn)生器則方便得多了。國(guó)內(nèi)外已有多種型號(hào)的任意波形產(chǎn)生器可供選用。 37共五十四頁(yè)例如(lr)HP33120A函數(shù)/任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生10種標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形，采樣速率為40MS/s，輸出最

24、高頻率15MHz（正弦波），波形幅度分辨力為12位。 HP33120A38共五十四頁(yè)3.3.3 間接(jin ji)合成法 1.基本(jbn)鎖相環(huán)路 間接合成法即鎖相合成法，它是利用鎖相環(huán)（PLL）的頻率合成方法。 基本鎖相環(huán)路是由相位比較器（PD），壓控振蕩器（VCO）和環(huán)路濾波器（LPF）組成的閉合環(huán)路，如圖3.22(a)所示。 f i LPFVCOPDf o udoof o udf (a)(b)(c)開始：f0fiPDLPF VCO最后： f0=fi(a) 鎖相環(huán)(b) PD的鑒相特性(c) VCO的壓控特性39共五十四頁(yè)相位比較器即鑒相器，它比較兩個(gè)(lin )輸入信號(hào)fo和fi的相

25、位差 輸出與相位差成比例的電壓，這個(gè)電壓稱為誤差(wch)電壓ud其鑒相特性如圖3.22(b)所示?；炬i相環(huán)只能輸出一個(gè)頻率，而作為信號(hào)源必須要能輸出一系列頻率。 2.鎖相環(huán)的幾種基本形式 1)倍頻鎖相環(huán) f i LPFVCOPDf o =NfiN1MHzi 10MHzi f o /N當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，PD兩輸入信號(hào)的頻率相等，即 根據(jù)PD兩輸入頻率相等列出等式: fo/Nfi 從等式中解出輸出頻率: 重點(diǎn)掌握40共五十四頁(yè)脈沖(michng)倍頻環(huán) LPFVCOPDf o =Nfif i 脈沖形成Nf i Nf i 根據(jù)PD兩輸入頻率(pnl)相等列出等式: f i 1MHzLPFVCOPDf

26、 o = fi/N100kHzNNf i fiNfo 從等式中解出輸出頻率: 2)分頻鎖相環(huán) 41共五十四頁(yè)脈沖(michng)分頻環(huán) LPFVCOPDf o f i Nf o 3)混頻(hn pn)鎖相環(huán) 混頻器 f i1 1MHzLPVCOPDf o1 =| f i1 f i2|=1000-100=900kHzBPFM+f i 2 =100kHzf 0 +f i 2 42共五十四頁(yè)3. 頻率合成(hchng)單元 1)組合(zh)環(huán) 一個(gè)典型的組合環(huán)及其輸出頻率，如圖所示。 因?yàn)?所以 LPFPDf o = fiVCON2N1f i N1N243共五十四頁(yè)2)多環(huán)合成(hchng)單元 L

27、PFPDf o 1=Nfi1VCO1f i 圖3.27 雙環(huán)合成單元VCO2M(-)晶振PDLPF內(nèi)插振蕩器f i2同軸倍頻環(huán)混頻環(huán)f o 2=Nfi1+fi2Nfi1f o 1由倍頻(bi pn)環(huán)可得 由混頻環(huán)可得 : 因?yàn)?所以 (3.22) (3.23) 44共五十四頁(yè)3)十進(jìn)合成(hchng)單元 圖3.29 DS-1合成單元的級(jí)聯(lián)100KHz9MHz1Hz090909090910Hz100Hz1KHz10KHz基準(zhǔn)DS-11DS-12DS-13DS-14DS-154)可程控合成(hchng)單元 頻率范圍為 1.200000MHz1.299999MHz 圖3.30 可程控合成單元P

28、DLPFVCOD/A可程控分頻器fi頻率控制數(shù)碼fo45共五十四頁(yè)3.3.4 頻率(pnl)合成技術(shù)的進(jìn)展 1. 三種(sn zhn)合成方法的比較合成方法速 度最高工作頻率主要特點(diǎn)直接模擬s 級(jí)100MHz硬件電路復(fù)雜直接數(shù)字s級(jí)300MHz可得任意波形間接鎖相ms 級(jí)100GHz(微波)頻譜純度好2. 提高頻率分辨力的方法 1)微差混頻法 該方法將兩個(gè)頻率相差甚微的信號(hào)源進(jìn)行差頻混頻，如圖3.31所示?；祛l器的輸出頻率為 圖3.31 微差混頻原理fofi1fi2M(-)46共五十四頁(yè) 在微差混頻法中，由于參與混頻的兩個(gè)信號(hào)頻率十分接近(jijn)，所以分辨力得到提高。但是當(dāng)這兩個(gè)頻率很接近

29、時(shí)，在混頻器工作中頻率牽引現(xiàn)象也很嚴(yán)重，且很難解決。 2)多環(huán)合成(hchng)法 PLL1(N1=2)fo=(N2+0.1N1)fr=(10+0.2)10Hz=102Hz fr10HzPLL2(N2=10)M(+) 1 10N1 fr20HzN2 fr100Hz0.1N1 fr2Hz47共五十四頁(yè)3)小數(shù)(xiosh)合成法 LPFVCOPDfo =1890kHzf i =100kHz小數(shù)分頻器(N+1)和N次 =18.9控制電路 令 N=18 則 平均分頻(fn pn)系數(shù) 18.9 若要平均分頻系數(shù)=18.6，怎么控制？ 48共五十四頁(yè)3. 擴(kuò)展(kuzhn)頻率上限的方法 前題條件：V

30、CO能工作在很高頻率（如GHz微波段），然后(rnhu)鎖定。 1)前置分頻法 前置分頻法是在程序分頻器之前設(shè)置一個(gè)固定分頻器，如圖3.34所示。圖中D為固定分頻器，其分頻系數(shù)為D。因此，其輸出頻率fo為 圖3.34 前置分器的鎖相環(huán)f i 8MHzLPFVCOPDf o =DN f i = 8GHzN 10D100 foD N fi 固定 49共五十四頁(yè)2)倍頻(bi pn)混頻法 f o = Nfi1+fi2=102MHzVCOLPFMBPFPDf i 1MHz圖3.35 倍頻混頻環(huán)N2()(f o - fi2) Nfi2100MHz3)吞脈沖(michng)分頻法吞脈沖分頻法是在鎖相環(huán)的反饋支路中加入吞脈沖分頻器，這時(shí)鎖相環(huán)的組成如圖