電子測(cè)量第三章信號(hào)發(fā)生器1

1、第第3 3章信號(hào)發(fā)生器章信號(hào)發(fā)生器 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)測(cè)量用測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器，通常稱(chēng)為，通常稱(chēng)為信號(hào)源信號(hào)源。 u 信號(hào)源的功用、種類(lèi)和主要性能指標(biāo)信號(hào)源的功用、種類(lèi)和主要性能指標(biāo) u 通用低頻、高頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用通用低頻、高頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用 u 合成信號(hào)源的組成原理、特性和應(yīng)用合成信號(hào)源的組成原理、特性和應(yīng)用u 頻率合成技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r頻率合成技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩ru射頻合成信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介射頻合成信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介 3.1 3.1 信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器概述3.1.1 3.1.1 信號(hào)發(fā)生器的功用信號(hào)發(fā)生器的功用 1.1.作激勵(lì)源作激勵(lì)源 作為某些電氣設(shè)備的激

2、勵(lì)信號(hào)。作為某些電氣設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。 2.2.信號(hào)仿真信號(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。性的信號(hào)，如對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行仿真。 3.3.校準(zhǔn)源校準(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)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)）。（或比對(duì)）。 圖圖3.1 3.1 信號(hào)源的功用信號(hào)源的功用輸輸 入入激激 勵(lì)勵(lì)信信號(hào)號(hào)發(fā)發(fā)生生器器被被測(cè)測(cè)設(shè)設(shè)備備測(cè)測(cè)試試儀儀器器輸輸 出出響響 應(yīng)應(yīng)3.1.2 3.1.2 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi) 1. 1. 按用途分按用途分 專(zhuān)用專(zhuān)用-電視信號(hào)發(fā)生器、電平

3、振蕩器、誤碼儀電視信號(hào)發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀 通用通用-產(chǎn)生正弦波等通用波形產(chǎn)生正弦波等通用波形 3. 3. 按性能分按性能分 普通普通-功率大，頻率、電壓刻度不大準(zhǔn)確，功率大，頻率、電壓刻度不大準(zhǔn)確， 用于天線測(cè)試等用于天線測(cè)試等 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)-頻率、電壓刻度準(zhǔn)確，屏蔽好，供計(jì)測(cè)用頻率、電壓刻度準(zhǔn)確，屏蔽好，供計(jì)測(cè)用2. 2. 按波形分按波形分 正弦正弦-脈沖脈沖-函數(shù)函數(shù)-產(chǎn)生函數(shù)通用波形產(chǎn)生函數(shù)通用波形 噪聲噪聲-ttttt4. 4. 按頻率產(chǎn)生辦法分按頻率產(chǎn)生辦法分 諧振諧振-由頻率選擇回路控制正反饋由頻率選擇回路控制正反饋 產(chǎn)生振蕩。產(chǎn)生振蕩。 合成合成-由基準(zhǔn)頻率通過(guò)加、減、乘、由

4、基準(zhǔn)頻率通過(guò)加、減、乘、 除組合一系列頻率。除組合一系列頻率。 5. 5. 按頻率范圍分按頻率范圍分 無(wú)無(wú)低頻低頻高頻高頻微波微波頻段頻段頻率范圍頻率范圍主振電路主振電路調(diào)制方式調(diào)制方式RCRC電路電路1Hz1MHz1Hz1MHz磁控管、體效磁控管、體效應(yīng)管、應(yīng)管、1MHz1GHz1MHz1GHz1GHz100GHz1GHz100GHzLCLC電路電路AMAM、FMFM、PMPMAMAM、FMFM表表3.1 3.1 信號(hào)源按頻率劃分表信號(hào)源按頻率劃分表 名名 稱(chēng)稱(chēng)頻頻 率率 范范 圍圍主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域超低頻信號(hào)發(fā)生器超低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器視頻信號(hào)發(fā)生器視頻信號(hào)發(fā)生

5、器高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器甚高頻信號(hào)發(fā)生器甚高頻信號(hào)發(fā)生器超高頻信號(hào)發(fā)生器超高頻信號(hào)發(fā)生器30kHz30kHz以下以下30kHz300kHz30kHz300kHz300kHz6MHz300kHz6MHz6MHz30MHz6MHz30MHz30MHz300MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz300MHz3000MHz電聲學(xué)、聲納電聲學(xué)、聲納電報(bào)通訊電報(bào)通訊無(wú)線電廣播無(wú)線電廣播廣播、電報(bào)廣播、電報(bào)電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象3.1.3 3.1.3 正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 在各類(lèi)信號(hào)發(fā)生器中，正弦信號(hào)發(fā)生器是

6、最普通、應(yīng)用最廣泛在各類(lèi)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(lèi)，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量中。的一類(lèi)，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量中。 1 1. . 頻率范圍頻率范圍 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(mǎn)足全部誤由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿(mǎn)足全部誤差要求。差要求。 2.2.頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指信號(hào)發(fā)生器度盤(pán)（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實(shí)際輸頻率準(zhǔn)確度是指信號(hào)發(fā)生器度盤(pán)（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

7、表示出信號(hào)頻率間的偏差，通常用相對(duì)誤差表示 %100000fffff（3.13.1） 3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(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)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和的大小。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度。長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度。 %1000mi

8、nmaxfff短期：短期：1515分鐘內(nèi)分鐘內(nèi) 長(zhǎng)期：長(zhǎng)期：3 3小時(shí)內(nèi)小時(shí)內(nèi) （3.23.2） 老化率老化率 只考慮系統(tǒng)誤差，反映較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)頻率變化的平均效果。只考慮系統(tǒng)誤差，反映較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)頻率變化的平均效果。日老化率：反映一天內(nèi)頻率的變化與頻率標(biāo)稱(chēng)值的比值。日老化率：反映一天內(nèi)頻率的變化與頻率標(biāo)稱(chēng)值的比值。 )24(0hffK阿侖方差阿侖方差：只考慮隨機(jī)誤差，反映頻率在很短時(shí)間內(nèi)的變化。：只考慮隨機(jī)誤差，反映頻率在很短時(shí)間內(nèi)的變化。 4.4.失真度與頻譜純度失真度與頻譜純度 定義定義 %100122322 UUUUn測(cè)量：低頻信號(hào)發(fā)生器用失真系數(shù)測(cè)量：低頻信號(hào)發(fā)生器用失真系數(shù)2222322

9、212100%nnUUUUUU高頻信號(hào)發(fā)生器用頻譜純度高頻信號(hào)發(fā)生器用頻譜純度 20lg80 100SnUdBUU US SU Un nf fA Af fA At tU U5. 5. 輸出阻抗輸出阻抗 低頻低頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端電壓輸出端的輸出阻抗一般為的輸出阻抗一般為600600（或（或1k1k）功率輸出端功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 5 kk等檔等檔 高頻高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有信號(hào)發(fā)生器一般僅有5050或或7575檔。檔。 信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負(fù)

10、載的條件下標(biāo)定的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的，若，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。準(zhǔn)確的。 6. 6. 輸出電平輸出電平 輸出電平指的是輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輸出電平指的是輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)發(fā)生器的最輸出電壓和最大輸出功率在其衰減范圍內(nèi)所的信號(hào)發(fā)生器的最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。得到輸出幅度的有效范圍。 7.7.調(diào)制特性調(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高頻信號(hào)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還能輸

11、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)幅種以上的已被調(diào)制的信號(hào)，多數(shù)情況下是調(diào)幅AMAM信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)和調(diào)頻FMFM信號(hào)，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制信號(hào)，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制PMPM等功能等功能 3.2 3.2 模擬信號(hào)模擬信號(hào)發(fā)生器發(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)統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器，以區(qū)別后面介紹的合成信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器，以區(qū)別后面介紹的合成信號(hào)發(fā)生器。 一、低頻信號(hào)發(fā)生器一、低頻信號(hào)發(fā)生器二、高頻信號(hào)發(fā)生器二、高頻信號(hào)發(fā)生器三、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器三、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器四、脈沖信號(hào)發(fā)生器四、脈沖信號(hào)發(fā)生器3.2.1 3.2.1 低頻

12、信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器 圖圖3.3 3.3 低頻信號(hào)源組成框圖低頻信號(hào)源組成框圖主振器主振器放大器放大器衰減器衰減器輸出輸出電壓指示電壓指示( (a a) )輸出輸出( (b b) )固定頻率固定頻率振蕩器振蕩器可變頻率可變頻率振蕩器振蕩器混頻器混頻器濾波放大濾波放大衰減器衰減器f2=3.4000MHzf1=3.39975.1000MHzf0=300Hz1.7000MHz波段式波段式差頻式差頻式1. 1. 頻率覆蓋系數(shù)：頻率覆蓋系數(shù)：頻率覆蓋范圍頻率覆蓋范圍minmaxffk （3.73.7） 以通信中常用的某電平振蕩器（實(shí)際上就是低頻信號(hào)發(fā)生器）以通信中常用的某電平振蕩器（實(shí)際上就是低頻信

13、號(hào)發(fā)生器）為例，為例，f f1 1=3.3997MHz=3.3997MHz5.1000MHz5.1000MHz，f f2 2=3.4000MHz=3.4000MHz，則，則f f0 0=300Hz=300Hz1.7000MHz1.7000MHz。比較一下頻率覆蓋系數(shù)。比較一下頻率覆蓋系數(shù) 301063007000. 1HzMHzk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 5 . 13997. 31000. 51k可見(jiàn)，可見(jiàn)，差頻式信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。差頻式信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。 2. 2. 主振蕩器的

14、特點(diǎn)主振蕩器的特點(diǎn) 低頻信號(hào)發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用低頻信號(hào)發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用文氏橋式振蕩器文氏橋式振蕩器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，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文氏橋式振蕩器是典型的RCRC正弦振蕩器正弦振蕩器。其振蕩頻率決定于。其振蕩頻率決定于RCRC式反饋網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，表達(dá)式為：式反饋網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，表達(dá)式為： 0112212fR C R C（3.83.8） 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)放大器放大器放大器放大器0 0 180 180 180 180 U U0 0輸出輸出(f (f0 0) )R R1 1A

15、AR R1 1R R3 3C C1 1C C2 2R R2 2 LCf210在低頻信號(hào)發(fā)生器中為何不采用在低頻信號(hào)發(fā)生器中為何不采用LCLC振蕩器？這是因?yàn)檎袷幤鳎窟@是因?yàn)長(zhǎng)CLC振蕩器的頻率決定于：振蕩器的頻率決定于：（3.93.9） 原因原因 頻率較低時(shí)，頻率較低時(shí)，L L、C C 數(shù)值大，相應(yīng)的體積、重量也相當(dāng)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)大，分布電容、漏電導(dǎo)等也都相應(yīng)很大，而品質(zhì)因數(shù)QQ值降低值降低很多，諧振特性變壞，頻率調(diào)節(jié)也困難。而在很多，諧振特性變壞，頻率調(diào)節(jié)也困難。而在RCRC振蕩器中，振蕩器中，頻率降低，增大電阻容易做到，且功耗也

16、可減小。頻率降低，增大電阻容易做到，且功耗也可減小。 而用而用RCRC振蕩器，由（振蕩器，由（3.83.8）式可知，）式可知， RCf 與0成反比，頻率成反比，頻率覆蓋系數(shù)為覆蓋系數(shù)為1140450minmaxminmaxCCffk即即RC振蕩器振蕩器在一個(gè)波段內(nèi)有較大的頻率覆蓋系數(shù)。在一個(gè)波段內(nèi)有較大的頻率覆蓋系數(shù)。 原因原因 在在LCLC振蕩器中振蕩器中 LCf 與0成反比，因而同一波段內(nèi)頻率成反比，因而同一波段內(nèi)頻率覆蓋系數(shù)很小。例如覆蓋系數(shù)很小。例如L L固定，調(diào)節(jié)電容固定，調(diào)節(jié)電容C C改變振蕩頻率，設(shè)電容改變振蕩頻率，設(shè)電容器調(diào)節(jié)范圍為器調(diào)節(jié)范圍為40 pF40 pF450pF45

17、0pF，則頻率覆蓋系數(shù)為，則頻率覆蓋系數(shù)為340450minmaxminmaxCCffk3.3.低頻信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)特性低頻信號(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：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： （1 1）頻率范圍：）頻率范圍： 1Hz1Hz1MHz1MHz分頻段，均勻連續(xù)可調(diào)分頻段，均勻連續(xù)可調(diào) （2 2）頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于）頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.1%0.1%（3 3）非線性失真：）非線性失真：0.1%0.1%1% 1% （4 4）輸出電壓：）輸出電壓：0V0V10V 10V （5 5）輸出功率：）輸出功率：0.5 W0.5 W5W

18、 5W 連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào) （6 6）輸出阻抗：）輸出阻抗：50,75,60050,75,600，5k 5k （7 7）輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出）輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出 3.2.23.2.2高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器 1. 1. 高頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理高頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理 圖圖3.43.4高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖主振級(jí)主振級(jí)緩沖級(jí)緩沖級(jí)調(diào)制級(jí)調(diào)制級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)器輸出輸出電電 源源內(nèi)調(diào)制內(nèi)調(diào)制振蕩器振蕩器可可 變變電抗器電抗器外調(diào)制輸入外調(diào)制輸入AMAMFMFM內(nèi)內(nèi)外外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%若語(yǔ)

19、音調(diào)制則成小電臺(tái)若語(yǔ)音調(diào)制則成小電臺(tái)l) l)主振級(jí)主振級(jí) 主振級(jí)通常是主振級(jí)通常是LCLC三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號(hào)。通常是固定電感范圍的正弦信號(hào)。通常是固定電感L L，通過(guò)改變電容，通過(guò)改變電容C C來(lái)調(diào)整振來(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(guò)下式進(jìn)行估算蕩頻率，但這時(shí)頻率覆蓋范圍是有限的，可通過(guò)下式進(jìn)行估算322121minmaxmaxminminmaxCCLCLCffkL L1 1C CL L2 2L Ln n.波段劃分：波段劃分：若要擴(kuò)大頻率范圍，必須變更若要擴(kuò)大頻率范圍，必須變更電感電感L例例3.1 XFC-

20、63.1 XFC-6型高頻信號(hào)發(fā)生器型高頻信號(hào)發(fā)生器f f =4 MHz=4 MHz300MHz300MHz， 試問(wèn)應(yīng)劃分幾個(gè)波段？試問(wèn)應(yīng)劃分幾個(gè)波段？754300knkkknklglg835. 7254. 087. 18 . 1lg75lg9 . 0lglgkkn上式中上式中0.90.9k k的含義是讓單回路覆蓋系數(shù)取小的含義是讓單回路覆蓋系數(shù)取小些，這里取些，這里取k k=2=2，以保證各波段能銜接覆蓋。該例算出以保證各波段能銜接覆蓋。該例算出n n=8=8，即要?jiǎng)澐?，即要?jiǎng)澐? 8個(gè)波段。個(gè)波段。這時(shí)相鄰波段的電感值可按下式計(jì)算。這時(shí)相鄰波段的電感值可按下式計(jì)算。 21kLLnn（3.1

21、13.11） （3.103.10） 2)2)緩沖級(jí)緩沖級(jí) 它主要起阻抗變換作用，用來(lái)隔離調(diào)制級(jí)對(duì)主振級(jí)。它主要起阻抗變換作用，用來(lái)隔離調(diào)制級(jí)對(duì)主振級(jí)。 3)3)調(diào)制級(jí)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)。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)制正弦信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz100kHz35MHz35MHz的高頻信號(hào)發(fā)生的高頻信號(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)頻器中，高頻信號(hào)發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)

22、制；調(diào)頻主要用于主要用于30MHz30MHz1000MHz1000MHz信號(hào)發(fā)生器中；脈沖調(diào)制多用信號(hào)發(fā)生器中；脈沖調(diào)制多用于于300MHz300MHz以上的微波信號(hào)發(fā)生器中。以上的微波信號(hào)發(fā)生器中。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的，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)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。是不準(zhǔn)確的。 4)4)輸出級(jí)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)到輸出級(jí)可進(jìn)一步控制

23、輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達(dá)到VV數(shù)量級(jí)。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，有準(zhǔn)確且固定的輸出阻抗。數(shù)量級(jí)。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，有準(zhǔn)確且固定的輸出阻抗。3.2.33.2.3脈沖信號(hào)發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器 外同步外同步放放 大大主振級(jí)主振級(jí)同步輸出同步輸出外同步輸入外同步輸入延遲級(jí)延遲級(jí)形成級(jí)形成級(jí)整形級(jí)整形級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)主脈沖主脈沖a ac cb bd de ef fa ab bc cd de et tz z t tr rf fU Ut tt tt tT TU0tUm0.9Um0.1UmU0.5Umtrtf矩形脈沖的參數(shù)矩形脈沖的參數(shù)3.2.43.2.4函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 圖圖3.123.1

24、2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本組成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本組成正弦振蕩器正弦振蕩器緩沖級(jí)緩沖級(jí)放大級(jí)放大級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)方波形成方波形成積分器積分器（a a）（b b）積分器積分器外觸發(fā)輸入外觸發(fā)輸入施密特施密特觸發(fā)器觸發(fā)器脈脈 沖沖觸發(fā)器觸發(fā)器正弦波轉(zhuǎn)正弦波轉(zhuǎn)換電路換電路放大器放大器（a a）正弦式）正弦式（b b）脈沖式）脈沖式3.3 3.3 合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)發(fā)生器 頻率合成的方法頻率合成的方法 直接模擬頻率合成法（直接模擬頻率合成法（DAFS DAFS ）直接數(shù)字頻率合成法（直接數(shù)字頻率合成法（DDFS DDFS ） 間接鎖相式合成法間接鎖相式合成法（ Direct Analog Frequen

25、cy SynthesisDirect Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Frequency Synthesis Direct Digital Frequency Synthesis ） 信號(hào)源信號(hào)源 主振級(jí)主振級(jí) 頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 通用信號(hào)源通用信號(hào)源 RCRC、LCLC振蕩器振蕩器 1010-2-2量級(jí)量級(jí) 1010-3-31010-4 -4 合成信號(hào)源合成信號(hào)源 晶體振蕩器晶體振蕩器 1010-8-8量級(jí)量級(jí) 10 10-7-7量級(jí)量級(jí) 3.3.1 3.3.1 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法 利用倍頻、分

26、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(chēng)為直接合成法，由于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需頻率的方法，稱(chēng)為直接合成法，由于大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以又稱(chēng)為直接模擬頻率合成，大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以又稱(chēng)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)。且正好與下面介紹的直接數(shù)字頻率合成相對(duì)應(yīng)。 1.1.固定頻率合成法固定頻率合成法 圖圖3.153.15固定頻率合成法原理固定頻率合成法原理晶體振蕩器晶體振蕩器DDN Nf fr rf fo o圖圖3.153.15為固定頻率合成的原理電路。圖中

27、石英晶體振蕩器提供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)頻率基準(zhǔn)頻率 rf，D D為分頻器的分頻系數(shù)，為分頻器的分頻系數(shù)，N N為倍頻器的倍頻系數(shù)。為倍頻器的倍頻系數(shù)。因此，圖因此，圖3.153.15固定頻率合成法輸出頻率固定頻率合成法輸出頻率 0f為為rfDNf 0在式中，在式中，D D和和N N均為給定的正整數(shù)。輸出頻率人為定值，所以均為給定的正整數(shù)。輸出頻率人為定值，所以稱(chēng)為固定頻率合成法。稱(chēng)為固定頻率合成法。 2.2.可變頻率合成法可變頻率合成法 3210M帶通帶通13MHz13MHz10MHz10MHz41M1M2M2M3 34 4混頻混頻( + )圖圖3.16 3.1

28、6 十進(jìn)頻率合成法原理十進(jìn)頻率合成法原理f fi1i11010+ + +101010+ + +1010+ + +1010+ + +頻頻 率率 選選 擇擇 開(kāi)開(kāi) 關(guān)關(guān)輔助基準(zhǔn)頻率發(fā)生器輔助基準(zhǔn)頻率發(fā)生器2.002.002.09MHz2.09MHz2.0002.0002.099MHz2.099MHz2.00002.00002.0999MHz2.0999MHz2.000002.000002.099999MHz2.099999MHzf fo of fi2i2f fi3i3f fi4i4f f1 1f f2 2f f3 3f f4 4f fr r2.02.02.9MHz2.9MHzF F=16MHz=1

29、6MHz2 2MHzMHz5MHz5MHz11ifFf=2=21616( (2.02.02.92.9)MHz=(20.0)MHz=(20.020.9)MHz 20.9)MHz 0f= =（2.000002.000002.099992.09999）MHz MHz 直接模擬合成技術(shù)直接模擬合成技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn)： 1)1)頻率分辨力高頻率分辨力高 2)2)頻率切換快頻率切換快 -用于跳頻通信對(duì)抗用于跳頻通信對(duì)抗 （因頻率點(diǎn)不太多因頻率點(diǎn)不太多）3)3)電電路龐大、復(fù)雜路龐大、復(fù)雜 -現(xiàn)不用它做信號(hào)源現(xiàn)不用它做信號(hào)源 （因信號(hào)源要求頻率范圍寬因信號(hào)源要求頻率范圍寬）目前大多數(shù)跳頻電臺(tái)中使用的頻率合成器采用

30、的是鎖相環(huán)（目前大多數(shù)跳頻電臺(tái)中使用的頻率合成器采用的是鎖相環(huán)（PLLPLL）頻率合成）頻率合成技術(shù)，頻率轉(zhuǎn)換速度已經(jīng)接近其極限，且分辨率較低。直接式數(shù)字頻合器技術(shù)，頻率轉(zhuǎn)換速度已經(jīng)接近其極限，且分辨率較低。直接式數(shù)字頻合器(DDS(DDS），具有頻率分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間快，輸出頻率可以很高而且穩(wěn)），具有頻率分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間快，輸出頻率可以很高而且穩(wěn)定性好，相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足快速跳頻電臺(tái)對(duì)頻率合成器的要求。例定性好，相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足快速跳頻電臺(tái)對(duì)頻率合成器的要求。例如在美國(guó)的如在美國(guó)的JTIDS JTIDS 中，跳速達(dá)到每秒中，跳速達(dá)到每秒35800 35800 跳，只有

31、采用直接數(shù)字頻合器跳，只有采用直接數(shù)字頻合器才能實(shí)現(xiàn)。但是才能實(shí)現(xiàn)。但是DDSDDS的價(jià)格昂貴，復(fù)雜度大，直接用于戰(zhàn)術(shù)跳頻電臺(tái)有一的價(jià)格昂貴，復(fù)雜度大，直接用于戰(zhàn)術(shù)跳頻電臺(tái)有一定的難度。如果采用定的難度。如果采用DDS+PLLDDS+PLL的方法，結(jié)合兩者的長(zhǎng)處，可以獲得單一技的方法，結(jié)合兩者的長(zhǎng)處，可以獲得單一技術(shù)難以達(dá)到的效果。術(shù)難以達(dá)到的效果。 3.3.2 3.3.2 直接數(shù)字頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法 直接數(shù)字合成法（直接數(shù)字合成法（DDSDDS，Direct Digital Frequency Direct Digital Frequency SynthestsSynthests）

32、。它突破了頻率合成法的原理，從）。它突破了頻率合成法的原理，從“相位相位”的的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成。這種合成方法不僅可以給出不同頻概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成。這種合成方法不僅可以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)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(wèn)題，關(guān)于任意波形將法實(shí)現(xiàn)的。這里先討論正弦波的合成問(wèn)題，關(guān)于任意波形將在后面進(jìn)行討論。在后面進(jìn)行討論。 1.1.直接數(shù)字合成基本原理直接數(shù)字合成基本原理 三角波：三角波：+1+

33、1、+1+1 -1 -1、-1 -1 方方 波：波：0 0、0 0、 1 1、1 1、 正弦波：預(yù)存正弦函數(shù)表。正弦波：預(yù)存正弦函數(shù)表。 2 2 實(shí)例說(shuō)明：實(shí)例說(shuō)明： AD9850AD9850是美國(guó)是美國(guó)Analog DevicesAnalog Devices公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的DDSDDS單片頻率合單片頻率合成器，在成器，在DDFSDDFS的的ROMROM中已預(yù)先存入正弦函數(shù)表：其幅度按中已預(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)周期二進(jìn)制分辨率量化；其相位一個(gè)周期360360按按 分辨率設(shè)立相位取樣點(diǎn)，然后存入分辨率設(shè)立相位取樣點(diǎn)，然后存入ROMROM的相應(yīng)地址中。的相應(yīng)地

34、址中。 32min2/2圖圖3.19 AD98503.19 AD9850內(nèi)部組成框圖內(nèi)部組成框圖頻率相位碼寄存器頻率相位碼寄存器相位和相位和控制字控制字頻率碼頻率碼3232位位高速高速DDSDDS碼碼 輸輸 入入 寄寄 存存 器器并并 行行8 8位位5 5輸入輸入時(shí)鐘輸入時(shí)鐘輸入復(fù)位復(fù)位頻率更新頻率更新/ /寄存器復(fù)位寄存器復(fù)位碼輸入時(shí)鐘碼輸入時(shí)鐘串行串行1 1位位4040輸入輸入比較器比較器方波輸出方波輸出模擬輸入模擬輸入模擬輸出模擬輸出DACDAC復(fù)位復(fù)位地地V Vs s實(shí)用中，改變讀取實(shí)用中，改變讀取ROMROM的地址數(shù)目，即可改變輸出頻率。若的地址數(shù)目，即可改變輸出頻率。若在系統(tǒng)時(shí)鐘頻

35、率在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 cf的控制下，的控制下，依次依次讀取全部地址中的相位點(diǎn)，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)周期要讀取則輸出頻率最低。因?yàn)檫@時(shí)一個(gè)周期要讀取2 23232相位點(diǎn)，點(diǎn)間相位點(diǎn)，點(diǎn)間間隔時(shí)間為時(shí)鐘周期間隔時(shí)間為時(shí)鐘周期T Tc c，則，則 T Toutout=2=23232T Tc c 因此這時(shí)輸出頻率為（最低頻率）因此這時(shí)輸出頻率為（最低頻率）322coutff（3.163.16） 若隔一個(gè)相位點(diǎn)讀一次，則輸出頻率就會(huì)提高一倍。若隔一個(gè)相位點(diǎn)讀一次，則輸出頻率就會(huì)提高一倍。322coutfkf（3.173.17） 式中式中k k為頻率碼，是個(gè)為頻率碼，是個(gè)323

36、2位的二進(jìn)制值，可寫(xiě)成：位的二進(jìn)制值，可寫(xiě)成： 0011303031312222AAAAk（3.183.18） 013031AAAA，：0 0或或1 1。0321313023112222AfAfAfAffccccout （3.193.19） 依次類(lèi)推，可得輸出頻率的一般表達(dá)式：依次類(lèi)推，可得輸出頻率的一般表達(dá)式：按按AD9850AD9850允許最高時(shí)鐘頻率允許最高時(shí)鐘頻率f fc c=125MHz=125MHz來(lái)進(jìn)行具體說(shuō)明，來(lái)進(jìn)行具體說(shuō)明，當(dāng)當(dāng)A A0 01 1，而，而A A3131，A A3030，A A1 1均為均為0 0時(shí)，則輸出頻率最低，時(shí)，則輸出頻率最低，也是也是AD9850AD9

37、850輸出頻率的分辨率：輸出頻率的分辨率： HzMHzffcout0291. 04294967296125232min當(dāng)當(dāng)A A31311 1，而，而A A0 0，A A1 1， A A3030均為均為0 0時(shí)，輸出頻率最高：時(shí)，輸出頻率最高：max12562.522coutffMHz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。實(shí)際應(yīng)用中，為了得到好的波形，的最小允許值。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)鐘頻率的設(shè)計(jì)最高輸出頻率小于時(shí)鐘頻率的1/31/3。這樣，只要。這樣，只要改變改變3232位頻率碼值，則可得到所

38、需要的頻率，且頻率位頻率碼值，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)。的準(zhǔn)確度與時(shí)鐘頻率同數(shù)量級(jí)。3. 3. 任意波形的產(chǎn)生方法任意波形的產(chǎn)生方法 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)重要的特色，它可以產(chǎn)生任意波形。直接數(shù)字頻率合成技術(shù)重要的特色，它可以產(chǎn)生任意波形。從從上述直接數(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（RAMRAM）提供數(shù)據(jù)的方法。目前有以下幾種方法：）提供數(shù)據(jù)的方法。目前有以下幾種方法： 1)1)表格法表格法 將

39、波形畫(huà)在小方格紙上，縱坐標(biāo)將波形畫(huà)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，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，按序放后制成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，按序放入入RAMRAM。對(duì)經(jīng)常使用的定了。對(duì)經(jīng)常使用的定了“形形”的波形，可將數(shù)據(jù)固化于的波形，可將數(shù)據(jù)固化于ROMROM或存入非易失性或存入非易失性RAMRAM中，以便中，以便反復(fù)使用。反復(fù)使用。 圖圖3.21 3.21 表格法示意圖表格法示意圖0.20.20 0U UA AP PQQR RS ST T0.40.4 0.60.6t t(s(s) )2)2)數(shù)學(xué)方程法數(shù)學(xué)方程法 3

40、)3)折線法折線法 4)4)作圖法作圖法 通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示器通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示器CRTCRT用移動(dòng)光標(biāo)作圖，生成所需波形數(shù)據(jù)，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)送入將此數(shù)據(jù)送入RAMRAM。 5)5)復(fù)制法復(fù)制法 將其它儀器（例如數(shù)字存儲(chǔ)示波器，將其它儀器（例如數(shù)字存儲(chǔ)示波器，XYXY繪圖儀）獲得的波形繪圖儀）獲得的波形數(shù)據(jù)通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)總線或數(shù)據(jù)通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)總線或GPIBGPIB接口總線傳輸給波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。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。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)自然界中有很多無(wú)規(guī)律的現(xiàn)象，例如雷

41、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(wèn)題，就要模擬這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。在過(guò)去只能采用很復(fù)雜的方問(wèn)題，就要模擬這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。在過(guò)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。有多種型號(hào)的任意波形產(chǎn)生器可供選用。 例如例如HP33120AHP33120A函數(shù)函數(shù)/ /任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生1010種標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形，采樣速率為種標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形，采樣速率為40MS/s

42、40MS/s，輸出最高頻率，輸出最高頻率15MHz15MHz（正弦波），波形幅度分辨力為（正弦波），波形幅度分辨力為1212位。位。 HP33120AHP33120A3.3.3 3.3.3 間接合成法間接合成法 1.1.基本鎖相環(huán)路基本鎖相環(huán)路 間接合成法即鎖相合成法，它是利用鎖相環(huán)（間接合成法即鎖相合成法，它是利用鎖相環(huán)（PLLPLL）的頻率）的頻率合成方法。合成方法。 基本鎖相環(huán)路是由相位比較器（基本鎖相環(huán)路是由相位比較器（PDPD），壓控振蕩器（），壓控振蕩器（VCOVCO）和環(huán)路濾波器（和環(huán)路濾波器（LPFLPF）組成的閉合環(huán)路，如圖）組成的閉合環(huán)路，如圖3.22(3.22(a a)

43、)所示。所示。 f f i i LPLPF FVCOVCOPDPDf f o o u ud do oo of f o o u ud df f ( (a a) )( (b b) )( (c c) )開(kāi)始：開(kāi)始：f f0 0ffi iPD PD LPF VCOLPF VCO最后：最后： f f0 0= =f fi i( (a a) ) 鎖相環(huán)鎖相環(huán)( (b b) PD) PD的鑒相特性的鑒相特性( (c c) VCO) VCO的壓控特性的壓控特性相位比較器即鑒相器，它比較兩個(gè)輸入信號(hào)相位比較器即鑒相器，它比較兩個(gè)輸入信號(hào)f fo o和和f fi i的相位差的相位差 輸出與相位差成比例的電壓，這個(gè)電

44、壓稱(chēng)為誤差電壓輸出與相位差成比例的電壓，這個(gè)電壓稱(chēng)為誤差電壓u ud d其鑒其鑒相特性如圖相特性如圖3.22(b)3.22(b)所示。所示?；炬i相環(huán)只能輸出一個(gè)頻率，而作為信號(hào)源必須要能輸出基本鎖相環(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。一系列頻率。 2.2.鎖相環(huán)的幾種基本形式鎖相環(huán)的幾種基本形式 1)1)倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán) f f i i LPFLPFVCOVCOPDPDf f o o = =NfNfi iN N1MHz1MHz 10MHz10MHz f f o o / /N N當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，PDPD兩輸入信號(hào)的頻率相等，即兩輸入信號(hào)的頻率相等，即 根據(jù)根

45、據(jù)PDPD兩輸入頻率相等列出等式兩輸入頻率相等列出等式: : f fo o/ /N Nf fi i 從等式中解出輸出頻率從等式中解出輸出頻率: : ioNff 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握脈沖倍頻環(huán)脈沖倍頻環(huán) LPFLPFVCOVCOPDPDf f o o = =NfNfi if f i i 脈沖形成脈沖形成NfNf i i NfNf i i 根據(jù)根據(jù)PDPD兩輸入頻率相等列出等式兩輸入頻率相等列出等式: : f f i i 1 1MHzMHzLPFLPFVCOVCOPDPDf f o o = = f fi i/N/N100100kHzkHzN NNfNf o o f fi iNfNfo o 從等式中解出

46、輸出頻率從等式中解出輸出頻率: : Nffio/2)2)分頻鎖相環(huán)分頻鎖相環(huán) 脈沖分頻環(huán)脈沖分頻環(huán) LPFLPFVCOVCOPDPDf f o o f f i i NfNf o o Nffio/3)3)混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 混頻器混頻器 f f i1 i1 1 1MHzMHzLPLPVCOVCOPDPDf f o1 o1 =|=| f f i1 i1 f f i2 i2| |=1000-100=1000-100=900=900kHzkHzBPFBPFM+M+f f i 2 i 2 =100=100kHzkHzf f 0 0 +f+f i 2 i 2 201iifff 21iiofff3. 3.

47、 頻率合成單元頻率合成單元 1)1)組合環(huán)組合環(huán) 一個(gè)典型的組合環(huán)及其輸出頻率，如圖所示。一個(gè)典型的組合環(huán)及其輸出頻率，如圖所示。 因?yàn)橐驗(yàn)?12/iofNfN 所以所以 21oiNffNLPFLPFPDPDf f o o = = f fi iVCOVCON N2 2N N1 1f f i i N N1 1N N2 22)2)多環(huán)合成單元多環(huán)合成單元 LPFLPFPDPDf f o 1 o 1=N=Nf fi i1 1VCOVCO1 1f f i1i1 圖圖3.27 3.27 雙環(huán)合成單元雙環(huán)合成單元VCOVCO2 2M(-)M(-)晶振晶振PDPDLPFLPF內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器f f i

48、i2 2同軸同軸倍頻環(huán)倍頻環(huán)混頻環(huán)混頻環(huán)f f o 2 o 2=N=Nf fi i1 1+ +f fi2i2N Nf fi i1 1f f o 1 o 1由倍頻環(huán)可得由倍頻環(huán)可得 11ioNff 由混頻環(huán)可得由混頻環(huán)可得 : : 因?yàn)橐驗(yàn)?212ooifff 所以所以 212oiifNff(3.22)(3.22) (3.23) (3.23) 21ooff3)3)十進(jìn)合成單元十進(jìn)合成單元 圖圖3.29 DS-13.29 DS-1合成單元的級(jí)聯(lián)合成單元的級(jí)聯(lián)100KHz100KHz9MHz9MHz1Hz1Hz0 09 90 09 90 09 90 09 90 09 910Hz10Hz100Hz10

49、0Hz1KHz1KHz10KHz10KHz基準(zhǔn)基準(zhǔn)DS-1DS-11 1DS-1DS-12 2DS-1DS-13 3DS-1DS-14 4DS-1DS-15 5頻率范圍為頻率范圍為 1.200000MHz1.200000MHz1.299999MHz 1.299999MHz 3.3.4 3.3.4 頻率合成技術(shù)的進(jìn)展頻率合成技術(shù)的進(jìn)展 1. 1. 三種合成方法的比較三種合成方法的比較合成方合成方法法速速 度度最高工作頻率最高工作頻率主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)直接模直接模擬擬s s 級(jí)級(jí)100MHz100MHz硬件電路復(fù)雜硬件電路復(fù)雜直接數(shù)直接數(shù)字字ss級(jí)級(jí)300MHz300MHz可得任意波形可得任意波形間

50、接鎖間接鎖相相ms ms 級(jí)級(jí)100GHz(100GHz(微波微波) )頻譜純度好頻譜純度好2. 2. 提高頻率分辨力的方法提高頻率分辨力的方法 1)1)微差混頻法微差混頻法 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3.313.31所示?；祛l器的輸出頻率為所示。混頻器的輸出頻率為 21iiofff圖圖3.31 3.31 微差混頻原理微差混頻原理f fo of fi1i1f fi2i2MM(-)(-) 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，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，所以分辨力得到提高。但是當(dāng)這兩個(gè)

51、頻率很接近時(shí)，在混頻所以分辨力得到提高。但是當(dāng)這兩個(gè)頻率很接近時(shí)，在混頻器工作中頻率牽引現(xiàn)象也很?chē)?yán)重，且很難解決。器工作中頻率牽引現(xiàn)象也很?chē)?yán)重，且很難解決。 2)2)多環(huán)合成法多環(huán)合成法 PLL1PLL1(N N1 1=2)f fo o= =( (N N2 2+0.1N+0.1N1 1)f )fr r=(10+0.2)10Hz=(10+0.2)10Hz= =102Hz102Hz f fr r10Hz10HzPLL2PLL2( (N N2 2=10=10) )MM(+)(+) 1 1 1010N N1 1 f fr r20Hz20HzN N2 2 f fr r100Hz100Hz0.1N0.1N

52、1 1 f fr r2Hz2Hz3)3)小數(shù)合成法小數(shù)合成法 LPFLPFVCOVCOPDPDf fo o = =1890kHz1890kHzf f i i =100kHz=100kHz小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器( (N+1N+1) )和和N N次次 =18.9=18.9控制電路控制電路 令令 N N= =1818 則則 平均分頻系數(shù)平均分頻系數(shù) 19 9 18 19 1 18.9 18.9 若要平均分頻系數(shù)若要平均分頻系數(shù)=18.6=18.6，怎么控制？，怎么控制？ 19 6 18 418.69 1 3. 3. 擴(kuò)展頻率上限的方法擴(kuò)展頻率上限的方法 前題條件：前題條件：VCOVCO能工作在很高頻率（如能工作在很高頻率（如GHzGHz微波段微波段），），然后鎖定。然后鎖定。 1)1)前置分頻法前置分頻法 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3.343.34所示。圖中所示。圖中D D為固定分頻器，其分頻系數(shù)為為固定分頻器，其分頻系數(shù)為DD。因此，。因此，其輸出頻率其輸出頻率f fo o為為 圖圖3.34 3.34 前置分頻器的鎖相環(huán)前置分頻器的鎖相環(huán)f f i i 8