電子測量04電子通信

第四章信號發(fā)生器4.1信號發(fā)生器概述

4.2模擬信號發(fā)生器

4.3合成信號發(fā)生器

4.4射頻合成信號發(fā)生器12/8/20221電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!4.1信號發(fā)生器概述一、信號源的作用和組成二、信號源的分類三、正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)12/8/20222電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、信號源的作用和組成1.信號源的作用

為測試或?qū)嶒?yàn)提供符合一定電技術(shù)要求的電信號（產(chǎn)生頻率可調(diào)、幅度可調(diào)的規(guī)則或不規(guī)則波形的電信號）。信號源的用途主要有以下三方面：

☆激勵(lì)信號源

☆實(shí)際信號的仿真

☆標(biāo)準(zhǔn)信號源12/8/20223電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!2.信號源的組成信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號輸出主振器緩沖放大調(diào)制輸出電源監(jiān)測12/8/20224電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!4.按頻率范圍分

無低頻高頻微波頻段頻率范圍主振電路調(diào)制方式RC電路1Hz~1MHz磁控管、體效應(yīng)管、……1MHz~1GHz1GHz~100GHzLC電路AM、FM、PMAM、FM12/8/20225電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!名稱波形示意圖主要特性正弦波信號正弦波是電子系統(tǒng)中最基本的測試信號，頻率從μHz至幾十GHz。大多信號源都具備正弦波輸出。函數(shù)信號通常包含正弦波、方波、三角波三種，有的還包含鋸齒波、脈沖波、梯形波、階梯波等波形，頻率從幾Hz至上百M(fèi)Hz。掃頻信號頻率可在某區(qū)間有規(guī)律地掃動(dòng)，多為用鋸齒波進(jìn)行線性掃頻。多數(shù)掃頻源是以正弦波掃頻，也有以方波、三角波掃頻。還有非線性的對數(shù)掃頻。脈沖信號輸出的脈沖信號可按需要設(shè)置其重復(fù)頻率、脈沖寬度、占空比、上升及下降時(shí)間等參數(shù)。脈沖信號有的還有雙脈沖輸出。數(shù)字信號可按編碼要求產(chǎn)生0/1邏輯電平（多為TTL或ECL電平），也稱數(shù)據(jù)發(fā)生器、圖形或模式發(fā)生器。通常是具備多路數(shù)字輸出的。噪聲信號提供隨機(jī)噪聲信號，具有很寬的均勻頻譜。常用于測量接收機(jī)的噪聲系數(shù)或調(diào)制到高頻、射頻載波上作干擾源。偽隨機(jī)信號是一串0/1電平隨機(jī)編碼的數(shù)字序列信號，因其序列周期相當(dāng)長（在足夠?qū)挼念l帶內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)平坦的離散頻譜），故有點(diǎn)類似隨機(jī)信號。任意波形能產(chǎn)生任意形狀的模擬信號，例如：模仿產(chǎn)生心電圖、雷電干擾、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等形狀復(fù)雜的波形。調(diào)制信號將模擬信號或數(shù)字信號調(diào)制到射頻載波信號上，以便于遠(yuǎn)程傳輸。通常調(diào)制方式有：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制、數(shù)字調(diào)制等。數(shù)字矢量信號通過正交調(diào)制（I-Q調(diào)制），可以同時(shí)傳遞幅度和相位信息，故稱為數(shù)字矢量信號源。該內(nèi)容將在本章3.4節(jié)射頻信號發(fā)生器中介紹。12/8/20226電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!3.頻率穩(wěn)定度頻率穩(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)，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化的大小。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和長期頻率穩(wěn)定度。短期：15分鐘內(nèi)長期：3小時(shí)內(nèi)

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)定度來保證的。12/8/20227電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!5.輸出電平輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號發(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：信號源輸出：100mv示波器顯示：200mv信號發(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。50Ω50Ω，匹配時(shí)100mv200mv不匹配時(shí)，不確知。示波器輸入阻抗高約1MΩ，故顯示200mv為什么？12/8/20228電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!7.調(diào)制特性高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還輸出一種或一種以上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅AM信號和調(diào)頻FM信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制PM等功能。

調(diào)制特性的指標(biāo)主要包括調(diào)制類型，如：調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相、脈沖調(diào)制、視頻調(diào)制等其他指標(biāo)還包括：調(diào)制頻率范圍，調(diào)制系數(shù)，最大頻偏，調(diào)制線性度，寄生調(diào)制等。12/8/20229電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!1.

低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器頻率范圍一般為１Hz～1MHz，而20Hz～20KHz范圍又稱音頻信號發(fā)生器

一、正弦信號發(fā)生器主振級緩沖放大電平控制功率放大衰減器阻抗變換電平調(diào)節(jié)波段調(diào)節(jié)頻率細(xì)調(diào)電平指示波段式低頻信號發(fā)生器組成原理輸出12/8/202210電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!RC振蕩器原理電路（文氏電橋）12/8/202211電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!當(dāng)，時(shí)

可見，當(dāng)時(shí)，RC振蕩器滿足起振條件。而具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻組成的分壓電路產(chǎn)生的負(fù)反饋電壓起自動(dòng)穩(wěn)幅的作用。

12/8/202212電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!高頻信號發(fā)生器的主振級一般采用LC三點(diǎn)式振蕩電路，通常固定電感，改變電容來調(diào)整振蕩頻率，所以也采用波段式調(diào)節(jié)，但這時(shí)頻率覆蓋范圍是有限的，可通過下式進(jìn)行估算：

。L1CL2Ln....12/8/202213電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!通用脈沖發(fā)生器能夠滿足一般測試的要求，能夠調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、輸出幅度及極性等。

輸出脈寬，上升/下降沿控制主振級同步放大延時(shí)級脈沖形成和整形輸出級同步脈沖輸出外同步觸發(fā)輸入外觸發(fā)同步脈沖輸出脈沖信號發(fā)生器組成原理二、脈沖信號發(fā)生器12/8/202214電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!三、函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等多種輸出波形，具有較寬的頻率范圍（0.1Hz～幾十MHz）及較穩(wěn)定的頻率，分為正弦式函數(shù)信號發(fā)生器和脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器。正弦式函數(shù)發(fā)生器基本組成原理正弦振蕩器緩沖級放大器方波形成輸出級積分器12/8/202215電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!四、噪聲發(fā)生器噪聲信號源主要系統(tǒng)性能測試提供測試用噪聲信號。噪聲發(fā)生器基本組成原理噪聲信號源變換器電平指示器電源輸出衰減器12/8/202216電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!頻率合成方法直接數(shù)字頻率合成法（DDS）間接鎖相式合成法（DirectAnalogFrequencySynthesis）（DirectDigitalFrequencySynthesis）直接模擬頻率合成法（DAFS）信號源主振級頻率準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度通用信號源RC、LC振蕩器10-2量級10-3～10-4合成信號源晶體振蕩器10-8量級10-7量級12/8/202217電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2.頻率合成方法分類及特點(diǎn)⑴直接模擬頻率合成

通過模擬電路實(shí)現(xiàn)頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來產(chǎn)生一系列頻率信號并用窄帶濾波器選出所需頻率的信號.優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，頻率分辨率高，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。12/8/202218電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!可變頻率合成法晶振諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（÷10）8MHz混頻（+）混頻（+）2MHz濾波分頻（÷10）2.8MHz濾波0.28MHz分頻（÷10）混頻（+）濾波6MHz6.28MHz0.628MHz3MHzf0=3.628MHz1MHz1MHz…9MHz12/8/202219電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!（2）直接數(shù)字頻率合成（DDS）

DDS是基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)頻率的數(shù)字合成，產(chǎn)生所需頻率的輸出信號優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)不同頻率、不同初始相位的任意波形輸出，且集成度高，體積小缺點(diǎn)：頻率上限較低，雜散也較大。

12/8/202220電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!各種頻率合成方式的綜合:直接模擬頻率合成、直接數(shù)字頻率合成和間接鎖相頻率合成技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)使用其中一種方法都有一定的局限性，很難滿足作為信號源的要求。因此一般將這幾種方法綜合應(yīng)用，特別是DDS與PLL的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)快捷變，小步進(jìn)及較高的輸出頻率上限。12/8/202221電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!鑒相器(PD)鑒相器又稱為相位比較器，具有乘法特性，鑒相器對兩路輸入信號的相位進(jìn)行比較，其輸出的誤差電壓正比于兩個(gè)輸入電壓的相位差。可以證明，鑒相器輸出電壓為：當(dāng)有12/8/202222電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!壓控振蕩器(VCO)

壓控振蕩器是在普通的調(diào)諧式振蕩電路中改用變?nèi)荻O管作為回路電容，通過調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的反向偏置電壓可以改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，從而調(diào)節(jié)振蕩電路的輸出頻率，壓控振蕩器一般又稱為電壓控制振蕩器或變?nèi)荻O管掃頻振蕩器。12/8/202223電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!壓控振蕩器是基于變?nèi)荻O管的PN結(jié)在反向偏置時(shí)，結(jié)電容CD與反向偏置電壓U有如下關(guān)系其中：：變?nèi)荻O管結(jié)電容：零偏置時(shí)的結(jié)電容：外加反向偏置電壓：接觸電位差，如硅管約為0.7V:電容變化指數(shù)，取決于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布12/8/202224電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，壓控振蕩器的輸出頻率等于鎖相環(huán)的基準(zhǔn)輸入頻率，兩信號之間只存在穩(wěn)態(tài)相位差，沒有頻率差，使輸出信號頻率與基準(zhǔn)信號頻率具有相同的頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度等級。鎖相環(huán)具有濾波特性，它的頻帶可以做的很窄，中心頻率便于調(diào)節(jié)，輸出頻率可以自動(dòng)跟蹤輸入頻率的變化，所以鎖相環(huán)電路是一種能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。

12/8/202225電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!2.鎖相環(huán)的基本形式

⑴倍頻式鎖相環(huán)

倍頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對輸入頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算，主要有兩種形式：諧波倍頻環(huán)和數(shù)字倍頻環(huán)。倍頻式鎖相環(huán)原理圖fi×NPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡化圖（a）諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)VCOPDLPFfi÷N12/8/202226電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!⑶混頻式鎖相環(huán)

混頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對頻率的加、減運(yùn)算。

混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo=fi1+fi2（c）相加環(huán)簡化圖-PLLfi1fi2fo=fi1-fi2（d）相減環(huán)簡化圖PDLPFVCOM（－）fi1fi2fo=fi1+fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)PDLPFVCOM（＋）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)fo=fi1-fi212/8/202227電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!×NPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=Nfi1+fi2（b）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12/8/202228電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!十進(jìn)鎖相式頻率合成信號源組成框圖頻率合成單元基準(zhǔn)頻率十進(jìn)數(shù)字撥盤內(nèi)插頻率源DS-10-9×1HzDS-10-9×10HzDS-10-9×100HzDS-10-9×1KHzDS-10-9×10KHzDS-20-9×100KHzDS-40-2×10MHzDS-30-9×1MHz21～22MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz≈內(nèi)插振蕩器0～1Hz1.2～1.3MHz9MHz100KHzM(－)101～92MHz101～122MHz200Hz～30MHz×÷5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S55MHz1MHz12/8/202229電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!（2）DS-2合成單元0~9VCOPDLPF1.8～2.7MHz100KHz諧波形成NfiM1（＋）M2（＋）9MHz1.2～1.3MHz基準(zhǔn)“×10KHz”單元輸出19.2～19.3MHz21～22MHz倍頻環(huán)N=18~27×218MHz12/8/202230電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（4）DS-4合成單元0~2PDLPFVCOM（－）DS-2的輸出0：80MHz加法混頻環(huán)21～22MHz101～122MHz基準(zhǔn)倍頻環(huán)N=16,18,205MHzVCOPDLPF諧波形成1：90MHz2：100MHz12/8/202231電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!1.DDS組成原理直接數(shù)字合成（DirectDigitalFrequencySynthesis）的基本原理是基于取樣技術(shù)和數(shù)字技術(shù)，通過數(shù)字合成方式生成頻率和初始相位可調(diào)的信號。三、直接數(shù)字頻率合成（DDS）12/8/202232電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!2.相位累加器原理

當(dāng)改變地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)值（即以k來進(jìn)行累加），可以改變每周期采樣點(diǎn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)輸出頻率的改變。地址計(jì)數(shù)器步進(jìn)值改變可以通過相位累加法來實(shí)現(xiàn)相位鎖存器頻率控制字k相位累加器fc波形存儲ROMD/A轉(zhuǎn)換LPFfoN位地址相位累加器原理12/8/202233電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的控制下，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)鐘周期Tc，則Tout=232TcAD9850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＋Vs12/8/202234電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!

設(shè)相位累加器位數(shù)為N，頻率控制字為k，參考時(shí)鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：實(shí)際應(yīng)用中一般取1≤M≤2N-2，即12/8/202235電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!1.三種頻率合成方法的比較頻譜純度好100GHz(微波)ms級間接鎖相可得任意波形300MHzμs級直接數(shù)字硬件電路復(fù)雜100MHzμs級直接模擬主要特點(diǎn)最高工作頻率速度合成方法四、頻率合成技術(shù)的進(jìn)展12/8/202236電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!2、提高頻率分辨力的方法（1）微差混頻法如果當(dāng)時(shí)

PLLI（N1）PLLII（N2）M（—）fi1fi2f012/8/202237電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!環(huán)A輸出頻率為:環(huán)B的輸出頻率為:由環(huán)C,有：因此，合成器的輸出頻率為：12/8/202238電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!12/8/202239電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!令N=18

則平均分頻系數(shù)18.9LPFVCOPDfo=1890kHzfi=100kHz小數(shù)分頻器(N+1)和N次=18.9控制電路（3）小數(shù)分頻法

通過可變分頻和多次平均的辦法可以實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻。12/8/202240電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!VCOPDLPFuifi÷NfoN存儲器F存儲器uo脈沖刪除接口OVFACCU小數(shù)分頻器(F-NPLL)工作原理寫入小數(shù)值12/8/202241電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!2、擴(kuò)展頻率上限的方法擴(kuò)展頻率上限的方法:前置分頻器法、倍頻-混頻法、多模分頻器法。（1）前置分頻器法前置分頻法是在反饋回路加一個(gè)前置固定分頻器，先將輸出頻率進(jìn)行固定模數(shù)為D的分頻，然后再送到可編程分頻器進(jìn)行可變的分頻。12/8/202242電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!（2）倍頻-混頻法fi1fi2fo=Nfi1+fi2PDLPFVCOM（—）BPF÷N12/8/202243電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!在一次計(jì)數(shù)循環(huán)中，分頻系數(shù)N為:雙模分頻鎖相頻率合成器PDLPFVCO÷N1÷N2÷P/P+1fi雙模分頻器模式控制0/1置初值吞食計(jì)數(shù)器of=Nfii21f

)NN=(+P12/8/202244電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!四、射頻合成信號源（數(shù)字調(diào)制信號源、矢量信號源）“射頻”指能通過天線發(fā)射變?yōu)殡姶挪ㄟM(jìn)行無線傳播的信號頻率。當(dāng)今射頻頻率范圍已做到10kHz—110GHz。高頻信號發(fā)生器屬射頻信號發(fā)生器，其主振級是建立在LC振蕩器基礎(chǔ)上的模擬信號源。要用多波段來實(shí)現(xiàn)頻率覆蓋，即使這樣頻率范圍不寬，頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都滿足不了現(xiàn)在應(yīng)用的要求，因此現(xiàn)代射頻信號發(fā)生器建立在頻率合成技術(shù)基礎(chǔ)上。上述三種頻率合成技術(shù)，其中直接數(shù)字頻率合成(DDS)使用方便，但目前工作頻率只能做到幾百M(fèi)Hz，可用于主振級射頻低端。高端則采用鎖相頻率合成技術(shù)，選用合適的壓控振蕩器作主振器。12/8/202245電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!射頻合成本振即是主振器，因?yàn)樵谶M(jìn)行調(diào)制的過程中，主振器處于混頻器的本振位置，故此將它稱為本振，是產(chǎn)生射頻載波的基礎(chǔ)。2)直接對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)制操作難度較大，且影響頻率的準(zhǔn)確度。較好的方案是先將要調(diào)制的信號，調(diào)制到一中頻上。這里以正弦調(diào)幅信號為例3)混頻器輸出頻率分量很多，要用中心頻率可調(diào)的帶通濾波器提取和頻分量即以上變頻輸出，波形D。

4)信號源輸出幅度應(yīng)保證穩(wěn)定，故輸出級中要設(shè)置有自動(dòng)穩(wěn)幅電路。5)將調(diào)制信號用上變頻方式實(shí)現(xiàn)射頻輸出是射頻合成信號發(fā)生器的一大特色。

12/8/202246電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!例：QF1484矢量信號發(fā)生器QF1484矢量信號發(fā)生器是成都前鋒電子儀器廠的產(chǎn)品。矢量信號發(fā)生器簡稱矢量信號源，它以載波的幅度和相位的組合變化，來傳送信息內(nèi)容的射頻源。

輸出QF1484矢量合成信號源原理框圖EXTINVCO鎖相合成及分頻/倍頻單元數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元低頻段混頻單元參考本振程控衰減器Q路I路I/Q調(diào)制單元AGC控制及輸出放大單元IQ基帶處理單元12/8/202247電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!1.按用途分

專用----電視信號發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀通用----產(chǎn)生正弦波等通用波形2.按波形分

正弦----脈沖----函數(shù)----產(chǎn)生函數(shù)通用波形噪聲----ttttt二、信號源的分類3.按頻率產(chǎn)生分

諧振--由頻率選擇回路控制正反饋產(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。12/8/202248電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!表3.1頻段的劃分λ實(shí)用頻段劃分頻率與波長的關(guān)系（λ=C/f，C=3×108m）12/8/202249電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!三、正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)1.頻率范圍指信號發(fā)生器所產(chǎn)生信號的頻率范圍，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)確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實(shí)際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示12/8/202250電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!4.輸出阻抗低頻信號發(fā)生器電壓輸出阻抗一般為600Ω（或1kΩ），功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等檔高頻信號發(fā)生器一般僅有50Ω或75Ω檔。信號發(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)載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。12/8/202251電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!6.失真度與頻譜純度定義低頻信號發(fā)生器用失真度或失真系數(shù)高頻信號發(fā)生器用頻譜純度UsUnfAfAtU12/8/202252電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!3.2模擬信號發(fā)生器一、正弦信號發(fā)生器二、脈沖信號發(fā)生器三、函數(shù)信號發(fā)生器四、噪聲信號發(fā)生器12/8/202253電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!外差式低頻信號發(fā)生器組成原理固定頻率振蕩器混頻器濾波放大衰減器阻抗變換輸出可變頻率振蕩器外差式信號發(fā)生器的最大優(yōu)點(diǎn)是可以提高頻率覆蓋范圍，且在整個(gè)低頻段內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)，不需要更換頻段。12/8/202254電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!文氏橋正反饋電路：12/8/202255電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!2.高頻信號發(fā)生器

高頻信號發(fā)生器輸出頻率范圍一般在300KHz～1GHz，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等調(diào)制信號輸出高頻信號發(fā)生器原理框圖輸出主振級波段選擇頻率細(xì)調(diào)緩沖調(diào)制級輸出級內(nèi)調(diào)制振蕩器監(jiān)測器外調(diào)制輸入可變電抗器FMAM12/8/202256電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!高頻信號發(fā)生器輸出阻抗常取50、75歐姆等數(shù)值，輸出電壓的讀數(shù)也是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的。若負(fù)載與信號源輸出阻抗不匹配，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的，需要增加阻抗變換電路。信號源被測設(shè)備阻抗變換器12/8/202257電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!主振級一般采用自激多諧振蕩、晶體振蕩器或鎖相振蕩器產(chǎn)生矩形波abcdetzτtrfUtttTU0tUm0.9Um0.1UmδΔU0.5UmτtrtfΔ矩形脈沖的參數(shù)12/8/202258電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!鋸齒波形成電路將圖(a)所示三角波與圖(b)所示方波直接疊加就可得到圖(c)所示的交錯(cuò)鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖(d)所示的鋸齒波。鋸齒波的獲得原理ututtut(a)(c)(b)(d)12/8/202259電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!3.3合成信號發(fā)生器一、頻率合成的基本概念二、間接鎖相頻率合成（PLL）三、直接數(shù)字頻率合成(DDS)四、頻率合成技術(shù)的進(jìn)展12/8/202260電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!1.頻率合成原理通過對基準(zhǔn)頻率的代數(shù)運(yùn)算(倍頻、分頻及混頻)產(chǎn)生所需頻率，特點(diǎn)是輸出信號頻率具有與基準(zhǔn)頻率相同的頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度。一、頻率合成的基本概念頻率1輸出石英晶體振蕩器代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率n輸出基準(zhǔn)頻率12/8/202261電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!固定頻率合成法晶體振蕩器分頻器（÷D）倍頻器（×N）frf012/8/202262電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!……fi1÷10++÷10÷10++÷10++÷10++頻率選擇開關(guān)輔助基準(zhǔn)頻率發(fā)生器2.00～2.09MHz2.000～2.099MHz2.0000～2.0999MHz2.00000～2.099999MHzfofi2fi3fi4f1f2f3f4fr2.0～2.9MHzF=16MHz2MHz5MHz=[2＋16＋(2.0～2.9)]MHz=(20.0～20.9)MHz=（2.00000～2.09999）MHz12/8/202263電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!（3）間接鎖相頻率合成

一種間接式的頻率合成技術(shù)。它利用鎖相環(huán)（phaselockedloop,PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，這樣通過不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個(gè)基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上合成不同的輸出頻率。優(yōu)點(diǎn)：易于集成化，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：頻率切換時(shí)間相對較長，相位噪聲較大。12/8/202264電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!二、間接鎖相（PLL）頻率合成1.鎖相環(huán)基本工作原理及性能鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成。鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frUrVCOPDLPFUofOUd12/8/202265電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!環(huán)路濾波器(LPF)

環(huán)路濾波器是一個(gè)RC低通濾波器，濾除相位比較器輸出誤差電壓中的高頻成分和干擾噪聲，達(dá)到穩(wěn)定環(huán)路工作和改善環(huán)路性能的作用。12/8/202266電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!變?nèi)荻O管壓控振蕩器12/8/202267電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!

在滿足一定條件的情況下，壓控振蕩器輸出頻率正比于變?nèi)荻O管反向偏置電壓，即壓控—反向電壓控制輸出振蕩頻率：12/8/202268電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!鎖相環(huán)的主要指標(biāo):同步帶寬：鎖定條件下輸入頻率所允許的最大變化范圍。捕捉帶寬：環(huán)路最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許的頻差。環(huán)路帶寬

:鎖相環(huán)的頻率特性具有低通濾波器的傳輸特性，其高頻截止頻率稱為環(huán)路帶寬。12/8/202269電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!

⑵分頻式鎖相環(huán)

分頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對輸入頻率的除法運(yùn)算，與倍頻環(huán)相似，也有兩種基本形式：諧波分頻環(huán)和數(shù)字分頻環(huán)。分頻式鎖相環(huán)原理圖fi÷NPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡化圖VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波形成（a）諧波分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi÷N（b）數(shù)字分頻環(huán)12/8/202270電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!⑷多環(huán)合成單元

單環(huán)合成單元存在頻率點(diǎn)數(shù)目較少，頻率分辨率不高等缺點(diǎn)，所以一個(gè)合成式信號源都是由多環(huán)合成單元組成。

雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖（a）雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖fo=Nfi1+fi2fi2fi1fo-Nfi1Nfi1倍頻環(huán)加法混頻環(huán)10KHz3400～5100KHzPD2LPF2VCO2M（－）內(nèi)插振蕩器環(huán)1環(huán)2100～110KHzVCO1PD1LPF1諧波形成12/8/202271電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!實(shí)例分析：十進(jìn)頻率合成信號源

該頻率合成信號源采用十進(jìn)鎖相合成單元，輸出頻率通過十進(jìn)數(shù)字撥盤來選擇。目前十進(jìn)頻率合成器已作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率源而獲得廣泛應(yīng)用。（1）十進(jìn)頻率合成器組成五個(gè)DS-1合成單元串接起來，其輸出頻率被送到合成單元DS-2，得到輸出頻率為21～22MHz,DS-2的輸出加到合成單元DS-4，得到輸出頻率為101～122MHz,合成單元DS-3輸出為101～92MHz，DS-3與DS-4的輸出頻率加到混頻器M進(jìn)行相減，最后得到200Hz～30MHz的輸出頻率。12/8/202272電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!（1）DS-1合成單元0~9VCOPDLPF1.8～2.7MHz100KHz諧波形成NfiM1(＋)M2（＋）9MHz1.2～1.3MHz基準(zhǔn)后一位合成單元10.2～10.3MHz÷1012～13MHz1.2～1.3MHz倍頻環(huán)N=18~27基準(zhǔn)12/8/202273電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!（3）DS-3合成單元0~9VCOPDLPF101～92MHz1MHz諧波形成Nfi倍頻環(huán)N=101~92fi12/8/202274電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!（5）輸出頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)為了使輸出頻率連續(xù)可調(diào)，十進(jìn)頻率合成信號源中加入了一個(gè)內(nèi)插頻率振蕩器VCOPDLPF1.2～1.3MHz100KHz諧波形成內(nèi)插振蕩器組成框圖基準(zhǔn)12S+P0~1Hz12/8/202275電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!AD9850是美國AnalogDevices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。

12/8/202276電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!將正弦波波形看作一個(gè)矢量沿相位圓轉(zhuǎn)動(dòng)，相位圓對應(yīng)正弦波一個(gè)周期的波形。波形中的每個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)相位圓上的一個(gè)相位點(diǎn)。步進(jìn)點(diǎn)數(shù)2564096655364294967296N8121632數(shù)字相位圓12/8/202277電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!若隔一個(gè)相位點(diǎn)讀一次，則輸出頻率就會提高一倍。依次類推可得輸出頻率的一般表達(dá)式式中k為頻率碼，是個(gè)32位的二進(jìn)制值，可寫成：輸出頻率為：0321313023112222A1A1A1A1fout++++=（）fc……12/8/202278電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!3.單片集成化的DDS信號源

輸出輸出串/并選擇6位地址或串行編程8位并行數(shù)據(jù)FSK/BPSK/HOLD數(shù)據(jù)輸入4～20×參考時(shí)鐘倍乘頻率累加器相位偏移及調(diào)制+相位累加器相位轉(zhuǎn)換器300MHzDDS參考時(shí)鐘濾波器濾波器12位D/AM/DAC復(fù)位12位D/A頻率控制字/相位字啟停邏輯I/O更新讀寫可編程寄存器48位頻率控制字14位相位偏移/調(diào)制I/O端口緩沖12位AM調(diào)制比較器模擬輸入時(shí)鐘輸出AD9854DDS結(jié)構(gòu)+-12/8/202279電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!DDS/PLL組合的頻率合成信號源

DDS與PLL組合的合成信號源有多種形式，下圖是一種環(huán)外混頻式DDS/PLL頻率合成的原理。PDLPFVCO÷KDDS混頻器帶通濾波frfcfofPfD基準(zhǔn)信號源此時(shí)輸出頻率為：12/8/202280電子測量04電子通信共91頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!（2）多環(huán)頻率合成法三環(huán)PLL合成器VCOBPDBLPFBfBfi÷NB÷MVCOCPDCLPFC－BPFfoVCOAPDALPFA+÷NAfA×NBPLL÷M﹢PLL