第8章信號的產(chǎn)生

第8章信號的產(chǎn)生8.1信號源概述8.2正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器8.3鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生8.4直接數(shù)字合成技術(shù)8.5合成信號源簡介8.1.1信號源在電子測量中的作用和組成1.信號源的作用

信號源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓電流信號的信號發(fā)生器。測試信號發(fā)生器被測電路測試儀器輸入激勵輸出響應(yīng)8.1.1信號源在電子測量中的作用和組成1.信號源的作用信號源的用途主要有以下三方面：☆激勵源：作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。☆信號仿真:在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境相同特性的信號，如噪聲信號、高頻干擾等。

☆標(biāo)準(zhǔn)信號源:產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于1)為設(shè)備測試提供標(biāo)準(zhǔn)信號；2)對一般信號源的校準(zhǔn)。2.信號源的組成信號輸出主振器緩沖調(diào)制輸出電源監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖52023/2/3信號輸出主振器緩沖調(diào)制輸出電源監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖核心部分，產(chǎn)生不同的信號對信號進(jìn)行放大和整形需要調(diào)制時進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)節(jié)輸出電平與輸出阻抗監(jiān)視輸出信號：電壓表、頻率計(jì)、功率計(jì)等，方便使用8.1.2信號源的分類

信號源應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，種類繁多，性能指標(biāo)各異，分類方法不一。按用途有專用、通用之分；按性能有一般和標(biāo)準(zhǔn)信號源之分；按調(diào)制類型可分為：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制及組合調(diào)制信號發(fā)生器等；按頻率調(diào)節(jié)方式可分為：掃頻、程控信號發(fā)生器等。8.1.2信號源的分類1.按頻率范圍大致可分為六類：主要用途超低頻信號發(fā)生器0.0001Hz～1000Hz；電聲學(xué)、聲納低頻信號發(fā)生器1Hz～1MHz；電報(bào)通訊視頻信號發(fā)生器20Hz～10MHz；無線電廣播高頻信號發(fā)生器200KHz～30MHz；廣播、電報(bào)甚高頻信號發(fā)生器30KHz～300MHz；電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航超高頻信號發(fā)生器300MHz以上。雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象表2.1信號源按頻率劃分表名稱頻率范圍主要應(yīng)用領(lǐng)域超低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器視頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器甚高頻信號發(fā)生器超高頻信號發(fā)生器30kHz以下30kHz~300kHz300kHz~6MHz6MHz~30MHz30MHz~300MHz300MHz~3000MHz電聲學(xué)、聲納電報(bào)通訊無線電廣播廣播、電報(bào)電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象92023/2/32.按輸出波形,大致可分為：正弦波形發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器ttttt3.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：功率大，對輸出信號頻率、幅值準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度及失真要求不高，用于天線測試等；標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器：用于提供標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)信號，是高檔信號發(fā)生器。要求輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，屏蔽好。8.1.3正弦信號源的性能指標(biāo)

在各類信號發(fā)生器中，正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測量中。8.1.3正弦信號源的性能指標(biāo)

原因是由于正弦信號是1、正弦信號最容易產(chǎn)生、描述，是應(yīng)用最廣泛應(yīng)用的載波信號，2、分析線性系統(tǒng)頻域特性的一種最基本的信號，因此正弦信號發(fā)生器的指標(biāo)直接影響到被測系統(tǒng)各項(xiàng)性能參數(shù)的測量質(zhì)量。對一個正弦信號源的基本要求是能夠迅速準(zhǔn)確地把信號的輸出頻率、電平調(diào)到指定的數(shù)值上，故表征一個正弦信號的特性可歸結(jié)為頻率特性、輸出特性及調(diào)制特性。132.1.3正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)

在各類信號發(fā)生器中，正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測量中。一.頻率特性

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（2.1）1.頻率范圍

8.1.3正弦信號源的性能指標(biāo)1.頻率特性（1）頻率范圍：指信號發(fā)生器輸出信號的頻率范圍，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: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8.1.3正弦信號源的性能指標(biāo)1.頻率特性（3）頻率穩(wěn)定度(15min)

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。16短期：15分鐘內(nèi)長期：3小時內(nèi)（8.2）2.輸出特性（1）輸出電平范圍。信號能提供的最大最小可調(diào)電壓輸出范圍；標(biāo)準(zhǔn)高頻信號發(fā)生器的輸出電壓為0.1μV～1V。（2）輸出電平的頻響在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時，輸出電平的變化，亦稱輸出電平平坦度。（3）輸出電平準(zhǔn)確度指輸出電平實(shí)際值對標(biāo)稱值的相對偏差。（4）輸出阻抗低頻信號發(fā)生器輸出阻抗一般有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω及5kΩ等，高頻信號發(fā)生器輸出阻抗一般為50Ω或75Ω。1.輸出阻抗

低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為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。2.1.3正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)二.輸出特性（5）輸出信號的非線性失真系數(shù)和頻譜純度。由于非線性失真而產(chǎn)生的諧波成分，混頻器（差頻器）輸出的組合波以及噪聲等因數(shù)，造成了頻譜不純，不能得到理想的正弦波。一般信號源的非線性失真小于1%，高穩(wěn)定信號源甚至要求優(yōu)于0.1%。2.失真度與頻譜純度

定義測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)高頻信號發(fā)生器用頻譜純度USUnfAfAtU2.1.3正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)二.輸出特性3.調(diào)制特性高頻信號發(fā)生器除了能輸出正弦波，一般還能輸出一種或多種調(diào)制后的信號，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等。調(diào)制特性的衡量指標(biāo)主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)，最大頻偏，調(diào)制線性等。

正弦信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號或受調(diào)制的正弦信號。它包括：低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器等。這里對低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器作簡單介紹。8.2正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器8.2.1正弦信號發(fā)生器1.

低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器頻率范圍一般為20Hz～20KHz，故又稱音頻信號發(fā)生器?，F(xiàn)在一般為1Hz～1MHz頻段組成：圖8-2為波段式，圖8-3為差頻式。8.2正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器8.2.1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)電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理(波段式）1.

低頻信號發(fā)生器波段式組成：低頻信號發(fā)生器主要由主振級、緩沖放大器、衰減器、功率放大器、阻抗變換器、指示電壓表及穩(wěn)壓電源等電路組成。

8.2正弦、脈沖及函數(shù)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)電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理

低頻信號發(fā)生器主振級：主振級產(chǎn)生低頻正弦波，是低頻信號發(fā)生器的最重要的電路，通常由RC振蕩電路產(chǎn)生低頻正弦波。8.2正弦、脈沖及函數(shù)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)電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理

低頻信號發(fā)生器由于RC振蕩電路的頻率覆蓋范圍小，故波段式信號發(fā)生器通常做成多波段的。8.2正弦、脈沖及函數(shù)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)電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理差頻式信號發(fā)生器組成原理高頻振蕩器緩沖放大混頻器低通濾波器功放衰減固定頻率振蕩器緩沖放大f2f1△f差頻式低頻信號發(fā)生器優(yōu)點(diǎn)：

頻率覆蓋范圍大，在整個低頻段內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)而不用更換頻段，輸出電平比較平穩(wěn)。

RC振蕩電路形成低頻信號的工作原理RC文氏電橋振蕩電路

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)

在圖a中，ui是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，u0是輸出電壓，Z1為R、C串聯(lián)阻抗，Z2為R、C并聯(lián)阻抗。u0uiRCCR(a)文氏橋式網(wǎng)絡(luò)0.10.20.3ω=ω00.03501/3Kfω/ω0(b)幅頻特性0.03ω=ω050ω/ω0900φ-900(c)相頻特性RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)A1A2衰減器電路表頭電路電壓放大器輸出幅度微調(diào)振蕩器輸出放大器RCRtRfCR+--使用熱敏電阻作為振蕩器控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖

圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻Rf就構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。熱敏電阻Rt的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時，由于該電壓也直接接在Rt、Rf串聯(lián)電路，流過Rt的電流也隨之增加而導(dǎo)致Rt阻值降低，負(fù)反饋加大，放大器總增益降低，使輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出信號振幅的目的。而在振蕩器起振階段，由于Rt溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，放大器實(shí)際總增益大于3，振蕩器容易起振。低頻信號發(fā)生器簡介

1．XD1低頻信號發(fā)生器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，能輸出等幅正弦波和調(diào)制波信號，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能基本組成和原理框圖1.高頻信號發(fā)生器的基本組成

高頻信號發(fā)生器是由主振級、緩沖級、調(diào)制級、輸出級、衰減級、內(nèi)調(diào)制振蕩級、監(jiān)測級和電源等組成。輸出主振級波段選擇頻率細(xì)調(diào)緩沖調(diào)制級輸出級調(diào)制振蕩器監(jiān)測器外調(diào)制輸入高頻信號發(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)制級輸出級調(diào)制振蕩器監(jiān)測器外調(diào)制輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖主振級主振級通常是LC三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號，是信號發(fā)生器的核心。緩沖級：主要作用是阻抗變換，用來隔離調(diào)制級對主振級可能產(chǎn)生的不良影響，以保證主振級振蕩頻率穩(wěn)定，避免寄生調(diào)制和提高信噪比，緩沖一般采用選頻放大器。

各部分工作特點(diǎn)如下：輸出主振級波段選擇頻率細(xì)調(diào)緩沖調(diào)制級輸出級調(diào)制振蕩器監(jiān)測器外調(diào)制輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖調(diào)制級：正弦信號到調(diào)制級后，根據(jù)調(diào)制要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，調(diào)制信號可以由內(nèi)部調(diào)制振蕩器產(chǎn)生，也可由外部輸入。輸出級：進(jìn)一步控制輸出信號幅值，使最小電壓達(dá)微伏數(shù)量級，對輸出級的要求：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。監(jiān)測器用于監(jiān)測載波電平和調(diào)制系數(shù)等。36l)主振級主振級通常是LC三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號。2)緩沖級它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級的影響。3)調(diào)制級

為了測試各種接收機(jī)的靈敏度和選擇性等性能指標(biāo)，必須用已調(diào)制正弦信號作為測試信號，這個任務(wù)在調(diào)制級中完成。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100kHz～35MHz的高頻信號發(fā)生器中，高頻信號發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz～1000MHz信號發(fā)生器中，脈沖調(diào)制多用于300MHz以上的微波信號發(fā)生器中。4)輸出級

輸出級可進(jìn)一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達(dá)到μV數(shù)量級。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。XFC-6型標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器能產(chǎn)生4-300MHz的高頻信號，并可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻以及調(diào)幅調(diào)頻雙重調(diào)制．適用于相應(yīng)頻率范圍的接收設(shè)備的校準(zhǔn)與測試等。2.3.2高頻信號發(fā)生器簡介EE1051高頻信號發(fā)生器，頻率覆蓋100KHz~150MHz,電平連續(xù)可調(diào)，并具有調(diào)頻、調(diào)幅功能。輸出頻率采用四位數(shù)顯示方式，頻率顯示精度較高；輸出電平采用ALC穩(wěn)幅方式，輸出穩(wěn)定便于使用。8.2.2脈沖信號發(fā)生器常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形和數(shù)字編碼序列等：uto（a）矩形波uto（b）鋸齒波uto（c）階梯波uto（d）鐘形脈沖uto（e）數(shù)字編碼序列

常見的脈沖信號脈沖發(fā)生器專門用于產(chǎn)生脈沖波型的信號源。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)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。脈沖信號源XC16A

XC16A型脈沖發(fā)生器，可以輸出大幅度（±20V）雙脈沖，有三種脈沖方式可選擇。除功率放大外，主要線路部分采用CMOS集成電路，因而具有可靠性高，功耗小、無噪聲（機(jī)內(nèi)無風(fēng)機(jī)）等特點(diǎn)；還具有輸出幅度大、波形失真小，前后沿快及脈沖周期、延遲、寬度調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)。適用于脈沖電路、計(jì)數(shù)電路的研究及無線電工程與電子工業(yè)設(shè)備配套；在PMOS、CMOS、HTL集成電路的測試、研究等需用大幅度脈沖信號源的領(lǐng)域里尤為適用。

1.通用脈沖發(fā)生器通用脈沖發(fā)生器能夠滿足一般測試的要求，可以產(chǎn)生頻率、脈寬、極性、上升、下降時間可任意調(diào)節(jié)的矩形脈沖、窄脈沖。輸出脈寬，上升/下降沿控制主振級同步放大延時級脈沖形成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2.快速（廣譜）脈沖發(fā)生器在時域測試中，快速脈沖信號發(fā)生器用來提供廣譜的激勵信號，尤其在微波網(wǎng)絡(luò)、寬帶元器件的時域測試中，脈沖信號發(fā)生器相當(dāng)于頻域測試中的掃頻信號源?？焖倜}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)生器等。VDRCROKRL水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理

函數(shù)信號發(fā)生器的三種組成方案：第一種是施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波；第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；第三種是先產(chǎn)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波。

函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號發(fā)生器。8.2.3函數(shù)信號發(fā)生器8.2.3函數(shù)信號發(fā)生器1.多波形信號發(fā)生原理方波→三角波→正弦波函數(shù)發(fā)生器一般以某種波形為第一波形正弦波→方波→三角波三角波→正弦波→方波

函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號發(fā)生器。1.多波形信號發(fā)生原理⑴方波、三角波發(fā)生器8.2.3函數(shù)信號發(fā)生器其基本原理是先由積分電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。1.多波形信號發(fā)生原理⑴方波、三角波發(fā)生器C雙穩(wěn)態(tài)電路V2AWRU1I1U2B方波、三角波發(fā)生器原理框圖V1設(shè)充放電電流為I，輸出三角波的頻率為fsc，則：VC1VC2+_8.2.3函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖其基本原理是先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。觸發(fā)電路比較器Ⅰ比較器Ⅱ放大器衰減器二級管整形網(wǎng)絡(luò)波形選擇積分器_+A輸出FCDRPR1R2QQ+UmK-Um⑵正弦波形成電路utiustusct分段折線逼近波形綜合其電路實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。

分段逼近波形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BViVoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6BR0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14D1D2D3D4D5D6E3E2E1-E1-E2-E3+E輸入Ui(a)二極管整形網(wǎng)絡(luò)輸出Uo-E0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t14tu0ufE1E2E3ui(b)正弦波的折線近似⑵正弦波形成電路51utiuiuot分段折線逼近波形綜合其電路實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。

分段逼近波形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BUiUoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6B輸入三角波輸出正弦波二極管依次導(dǎo)通2、三角波——正弦波變換原理

上圖為實(shí)際的正弦波形成網(wǎng)絡(luò)。電路中使用了6對二極管。正、負(fù)直流電源和電阻為二用管提供適當(dāng)?shù)钠珘?，以控制三角波逼近正弦波時轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。直流穩(wěn)壓電源uiuoR0R1R2R3R4R5R6R7R1’R2’R3’R4’R5’R6’R7’VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7VD8VD9VD10VD11VD12+-TT2TUm0-Um00E-E0(Q)(Q非)(D)(F)(a)(Q)(Q非)(D)(b)函數(shù)發(fā)生器波形圖⑶鋸齒波形成電路ut（a）ut（b）tu（c）tu（d）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（a）所示三角波與圖（b）所示方波直接疊加就可得到圖（c）所示的交錯鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（d）所示的鋸齒波。2.函數(shù)發(fā)生器的性能和組成函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，具有較寬的頻率范圍（0.1Hz～幾十MHz）及較穩(wěn)定的頻率。頻率控制網(wǎng)絡(luò)三角波緩沖器正弦波綜合及緩沖正恒流源負(fù)恒流源比較器方波緩沖器外部頻率控制函數(shù)選擇及其它波形產(chǎn)生輸出放大輸出濾波直流補(bǔ)償積分電路函數(shù)發(fā)生器基本組成原理8.3鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生8.3.1頻率合成的基本概念2.3合成信號發(fā)生器頻率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（DirectAnalogFrequencySynthesis）（DirectDigitalFrequencySynthesis）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8.3鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生頻率合成原理頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。8.3.1頻率合成的基本概念頻率1輸出石英晶體代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率n輸出基準(zhǔn)頻率2.頻率合成分類及特點(diǎn)⑴直接頻率合成

通過頻率的混頻、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，下圖是其實(shí)現(xiàn)原理。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6MHz6.28MHz0.628MHz3MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz9MHz優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格昂貴，不便于集成化。輸出3.628MHz⑵鎖相式頻率合成

一種間接式的頻率合成技術(shù)。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(zhǔn)頻率上，這樣通過不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上合成不同的頻率。優(yōu)點(diǎn)：易于集成化，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，價格低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：頻率切換時間相對較長，相位噪聲較大。

⑶直接數(shù)字合成（DDS）

是基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字合成，產(chǎn)生所需頻率的正弦信號優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)快捷變和小步進(jìn)，且集成度高，體積小缺點(diǎn)：頻率上限較低，雜散也較大。3.頻率合成技術(shù)的發(fā)展

各種頻率合成方式的綜合:

直接式、間接（鎖相環(huán)）式和直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)使用任何一種方法，很難滿足要求。因此可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)及較高的頻率上限。8.3.2鎖相環(huán)（PLL）的基本概念1.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(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）、電壓控制振蕩器（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frVrVCOPDLPFVofOVd鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd鎖相環(huán)的主要性能指標(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。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)（a）諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)VCOPDLPFfi÷N倍頻式鎖相環(huán)原理圖fi×NPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡化圖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。分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/Nfi÷N（b）數(shù)字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波形成（a）諧波分頻環(huán)fi÷NPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡化圖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PDLPFVCOM（＋）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（－）fi1fi2fo=fi1+fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)fo=fi1-fi2混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo=fi1+fi2-PLLfi1fi2fo=fi1-fi2（c）相加環(huán)簡化圖（d）相減環(huán)簡化圖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)，所以一個合成式信號源都是由多環(huán)合成單元組成fo=Nfi1+fi23400～5100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（－）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1內(nèi)插振蕩器環(huán)1環(huán)2倍頻環(huán)加法混頻環(huán)（a）雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖100～110KHz×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VCO1PD1LPF1諧波形成函數(shù)、任意波形發(fā)生器課堂習(xí)題

用一臺5位十進(jìn)電子計(jì)數(shù)器測量頻率，選用0.1s的閘門時間。若被測頻率為10KHz，則測頻分辨力為多少？量化誤差（相對誤差值）為多少？如果該計(jì)數(shù)器的最大閘門時間為10s，則在顯示不溢出的情況下，測量頻率的上限為何值？

（1）測量分辨率＝（1/0.1s）＝10Hz

（2）在0.1s的閘門時間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為：10KHz×0.1s＝1000，則量化誤差的相對值為：1/1000＝0.1％

（3）為了顯示不溢出，則在10s的最大閘門時間內(nèi)計(jì)得的值不能超過105，由此可得測量頻率的上限值為：105/10s＝10KHz欲用電子計(jì)數(shù)器測量一個fx=200Hz的信號頻率，采用測頻（選閘門時間為1s）和測周（選時標(biāo)為0.1μs）兩種方法。

（1）試比較這兩種方法由±1誤差所引起的測量誤差；

（2）從減少±1誤差