第3章信號發(fā)生器

1、第第3 3章信號發(fā)生器章信號發(fā)生器 本章要點本章要點測量用測量用信號發(fā)生器信號發(fā)生器，通常稱為，通常稱為信號源信號源。 u 信號源的功用、種類和主要性能指標(biāo)信號源的功用、種類和主要性能指標(biāo) u 通用低頻、高頻信號發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用通用低頻、高頻信號發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用 u 合成信號源的組成原理、特性和應(yīng)用合成信號源的組成原理、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r u 射頻率合成信號發(fā)生器（射頻率合成信號發(fā)生器（數(shù)字調(diào)制信號源、矢數(shù)字調(diào)制信號源、矢量信號源量信號源）-新增內(nèi)容新增內(nèi)容 3.1 3.1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述3.1.1 3.1.1 信號

2、發(fā)生器的功用信號發(fā)生器的功用 1.1.作激勵源作激勵源 作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。 2.2.信號仿真信號仿真 在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實際環(huán)境相同特在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實際環(huán)境相同特性的信號，如對干擾信號進行仿真。性的信號，如對干擾信號進行仿真。 3.3.校準源校準源 產(chǎn)生一些標(biāo)準信號，用于對一般信號源進行校準產(chǎn)生一些標(biāo)準信號，用于對一般信號源進行校準（或比對）。（或比對）。 圖圖3.1 3.1 信號源的功用信號源的功用輸輸 入入激激 勵勵信信號號發(fā)發(fā)生生器器被被測測設(shè)設(shè)備備測測試試儀儀器器輸輸 出出響響 應(yīng)應(yīng)3.1.2 3.1.2 信號發(fā)生器的分類信

3、號發(fā)生器的分類 1. 1. 按用途分按用途分 專用專用-電視信號發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀電視信號發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀 通用通用-產(chǎn)生正弦產(chǎn)生正弦: :波等通用波形波等通用波形 3. 3. 按性能分按性能分 普通普通-功率大，頻率、電壓刻度不大準確，功率大，頻率、電壓刻度不大準確， 用于天線測試等用于天線測試等 標(biāo)準標(biāo)準-頻率、電壓刻度準確，屏蔽好，供計測用頻率、電壓刻度準確，屏蔽好，供計測用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

4、率選擇回路控制正反饋 產(chǎn)生振蕩。產(chǎn)生振蕩。 合成合成-由基準頻率通過加、減、乘、由基準頻率通過加、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 無無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R CR C 電電路路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3.1 頻段的劃分50%36%14%超音頻音頻亞音頻100%0%視頻射頻0101001K10K100K1M10

5、M100M1G10G100G1T300K1Km300M1m3G1dm1cm1mm30G300Gf (Hz)極高頻毫米波超高頻厘米波特高頻分米波甚高頻米波高頻短波中高頻中短波中頻中波低頻長波甚低頻超長波中波短波超波微波通信廣播通信電視雷達探傷加熱感應(yīng)加熱(應(yīng)用)實用頻段劃實用頻段劃頻率與波長的關(guān)系頻率與波長的關(guān)系（=C=C/f/f，C=3C=310108 8mm） 0tU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Hz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H

6、z至上百MHz。掃頻信號頻率可在某區(qū)間有規(guī)律地掃動，多為用鋸齒波進行線性掃頻。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。噪聲信號提供隨機噪聲信號，具有很寬的均勻頻譜。常用于測量接收機的噪聲系數(shù)或調(diào)制到高頻、射頻載波上作干擾源。偽隨機信號是一串0/1電平隨機編碼的數(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

7、頻譜），故有點類似隨機信號。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、機械運動等形狀復(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。3.1.3 3.1.3 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)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)實驗及測量中

8、。的一類，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實驗及測量中。 1. 1. 頻率范圍頻率范圍 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。差要求。 2.2.頻率準確度頻率準確度 頻率準確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實際輸頻率準確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示 %100000fffff（3.13.1） 3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定

9、度 頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準確度相關(guān)，頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準確度相關(guān)，頻率準確度是由頻率頻率準確度是由頻率穩(wěn)定度來保證的穩(wěn)定度來保證的。頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情。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，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和的大小。按照國家標(biāo)準，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。長期頻率穩(wěn)定度。 %1000minmaxfff短期：短期：1515分鐘內(nèi)分鐘內(nèi) 長期：長期：3 3小時內(nèi)小時內(nèi) （3.23.2） 4.4.失真度與頻

10、譜純度失真度與頻譜純度 定義定義 %100122322 UUUUn測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)2222322212100%nnUUUUUU高頻信號發(fā)生器用頻譜純度高頻信號發(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 低頻低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600600（或（或1k1k）功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 k5

11、k等檔等檔 高頻高頻信號發(fā)生器一般僅有信號發(fā)生器一般僅有5050或或7575檔。檔。 信號發(fā)生器輸出電壓的信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下標(biāo)定的讀數(shù)是在匹配負載的條件下標(biāo)定的，若，若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準確的。準確的。 6. 6. 輸出電平輸出電平 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)準規(guī)定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)準規(guī)定的信號發(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

12、度的有效范圍。 討論：討論：信號源輸出：信號源輸出： 100mv100mv示波器顯示：示波器顯示： 200mv200mv信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下按正弦波信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下按正弦波有效值標(biāo)定的。有效值標(biāo)定的。 7.7.調(diào)制特性調(diào)制特性 高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能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)幅種以上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅AMAM信號和調(diào)頻信號和調(diào)頻FMFM信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制PMPM等功能等功能 5050505

13、0，匹配時，匹配時 100mv 100mv200mv200mv不匹配時，不確知。示波器輸入不匹配時，不確知。示波器輸入阻抗高約阻抗高約1M1M，故顯示故顯示200mv200mv不匹配時，不確知。示波器輸入不匹配時，不確知。示波器輸入阻抗高約阻抗高約1M1M，故顯示故顯示200mv200mv為什么？為什么？3.2 3.2 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器 本節(jié)介紹的通用信號發(fā)生器是指一些常用的傳統(tǒng)信號發(fā)生器，本節(jié)介紹的通用信號發(fā)生器是指一些常用的傳統(tǒng)信號發(fā)生器，以區(qū)別后面介紹的合成信號發(fā)生器。以區(qū)別后面介紹的合成信號發(fā)生器。 專業(yè)課專業(yè)課講講系統(tǒng)、整機系統(tǒng)、整機的組成的框圖原理、特點及實例的組成的框

14、圖原理、特點及實例基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課講講部件、單元電路部件、單元電路如振蕩器、放大器等單元如振蕩器、放大器等單元 模擬電路模擬電路 課程特點課程特點 例例：超外差接收機已經(jīng)歷電子管、晶體管、集成電路幾代發(fā)展，：超外差接收機已經(jīng)歷電子管、晶體管、集成電路幾代發(fā)展， 但但框圖原理框圖原理未變。未變。 高高 放放天線天線混頻器混頻器中中 放放檢檢 波波低低 放放功放功放本本 振振3.2.1 3.2.1 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 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) )圖圖3.3 3.3 低頻信號源組成框圖低頻信號源組成框圖輸出輸出( (b b) )固定頻率固定頻率

15、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頻率覆蓋范圍大小通常用頻率覆蓋范圍大小通常用頻率覆蓋系數(shù)頻率覆蓋系數(shù)表示：表示： minmaxffk （3.73.7） 以通信中常用的某電平振蕩器（實際上就是低頻信號發(fā)生器）以通信中常用的某電平振蕩器（實際上就是低頻信號發(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=300Hz

16、1.7000MHz1.7000MHz。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)波段式中一個波段）的頻率覆蓋系數(shù)為 5 . 13997. 31000. 51k可見，可見，差頻式信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。差頻式信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。 2. 2. 主振蕩器的特點主振蕩器的特點 低頻信號發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用文氏橋式振蕩器，低頻信號發(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。其特點是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并

17、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。其振蕩頻率決定于正弦振蕩器。其振蕩頻率決定于RCRC式反饋網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，表達式為：式反饋網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，表達式為： RCf210（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 AR R1 1R R3 3C C1 1C C2 2R R2 2 振蕩條件？振蕩條件？LCf210在低頻信號發(fā)生器中為何不采用較熟悉的在低頻信號發(fā)生器中為何不采用較熟悉的LCLC振蕩器呢？這是振蕩器呢？這是因為因為LCLC振蕩

18、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，頻率較低時，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，且功耗也可減小。頻率降低，增大電阻容易做到，且功耗也可減小。 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)

19、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 pF450pF450pF，則頻率覆蓋系數(shù)為，則頻率覆蓋系數(shù)為340450minmaxminmaxCCffk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在一個波段內(nèi)有較大的頻率覆蓋系數(shù)。在一個波段內(nèi)有較大的頻率覆蓋系數(shù)。 3.3.低頻信號發(fā)生器的主要技術(shù)特性低頻信號發(fā)生器的主要技術(shù)特性 目前，低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標(biāo)的典型數(shù)據(jù)大致如下

20、：目前，低頻信號發(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：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) 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.1%0.1%非線性失真：非線性失真：0.1%0.1%1% 1% 輸出電壓：輸出電壓：0V0V10V 10V 輸出功率：輸出功率：0.5 W0.5 W5W 5W 連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào) 輸出阻抗：輸出阻抗：50,75,60050,75,600，5k 5k 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高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器 1. 1. 高頻信號發(fā)生器的組成原理高頻信號發(fā)生器的組成

21、原理 圖圖3.43.4高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖主振級主振級緩沖級緩沖級調(diào)制級調(diào)制級輸出級輸出級監(jiān)測器監(jiān)測器輸出輸出電電 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)準調(diào)制標(biāo)準調(diào)制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%若語音調(diào)制則成小電臺若語音調(diào)制則成小電臺l) l)主振級主振級 主振級通常是主振級通常是LCLC三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號。范圍的正弦信號。 2)2)緩沖級緩沖級 它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級。它主要起阻抗變換作用，

22、用來隔離調(diào)制級對主振級。 3)3)調(diào)制級調(diào)制級 為了測試各種接收機的靈敏度和選擇性等性能指標(biāo)，必須用已為了測試各種接收機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)幅多用于的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz100kHz35MHz35MHz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)頻主要用于采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz30MHz1000MHz1000MHz信號發(fā)

23、生器信號發(fā)生器中，還有中，還有線性掃頻線性掃頻。脈沖調(diào)制多用于。脈沖調(diào)制多用于300MHz300MHz以上的微波信號源中。以上的微波信號源中。4)4)輸出級輸出級 輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到VV數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良好的頻率特性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。好的頻率特性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。標(biāo)準調(diào)制標(biāo)準調(diào)制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%l) l)主振級主振級 主振級通常是主振級通常是LCL

24、C三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號。范圍的正弦信號。 高頻信號發(fā)生器主振級的高頻信號發(fā)生器主振級的LCLC振蕩器，通常是固定電感振蕩器，通常是固定電感L L，通過改變電容，通過改變電容C C來調(diào)整振蕩頻率。但這時頻率覆蓋范圍是有限的，可通過下式進行估算：來調(diào)整振蕩頻率。但這時頻率覆蓋范圍是有限的，可通過下式進行估算： 322121minmaxmaxminminmaxCCLCLCffk圖圖3.43.4LCLC回路回路L L1 1C CL L2 2L Ln n.三點式振蕩器三點式振蕩器例例3.1 XFC-63.1 XFC-6型高頻信號發(fā)生器型高

25、頻信號發(fā)生器f f =4 MHz=4 MHz300MHz300MHz， 試問應(yīng)劃分幾個波段？試問應(yīng)劃分幾個波段？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，即要劃分，即要劃分8 8個波段。個波段。這時相鄰波段的電感值可按下式計算。這時相鄰波段的電感值可按下式計算。 21kLLnn（3.113.11） （3.103.10） 2)

26、2)緩沖級緩沖級 它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級。它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級。 3)3)調(diào)制級調(diào)制級 為了測試各種接收機的靈敏度和選擇性等性能指標(biāo)，必須用已為了測試各種接收機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)幅多用于的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz100kHz35MHz35MHz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

27、要用于采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz30MHz1000MHz1000MHz信號發(fā)生器信號發(fā)生器中，還有中，還有線性掃頻線性掃頻。脈沖調(diào)制多用于。脈沖調(diào)制多用于300MHz300MHz以上的微波信號源中。以上的微波信號源中。4)4)輸出級輸出級 輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到VV數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良好的頻率特性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。好的頻率特性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。標(biāo)準調(diào)制標(biāo)準調(diào)制：F=1000Hz m=3

28、0%F=1000Hz m=30%2.2.高頻信號發(fā)生器的高頻信號發(fā)生器的使用使用信號發(fā)生器是向外提供激勵信號的儀器，使用比較簡單容易。主信號發(fā)生器是向外提供激勵信號的儀器，使用比較簡單容易。主要調(diào)節(jié)輸出頻率和幅度，關(guān)鍵是注意其使用說明書上輸出幅度要調(diào)節(jié)輸出頻率和幅度，關(guān)鍵是注意其使用說明書上輸出幅度是如何標(biāo)定的，然后才能正確讀數(shù)。是如何標(biāo)定的，然后才能正確讀數(shù)。1) 1) 輸出輸出頻率頻率的讀數(shù)的讀數(shù)LCLC振蕩器，通過調(diào)節(jié)電容來改變輸出頻率的，調(diào)節(jié)頻率時來回振蕩器，通過調(diào)節(jié)電容來改變輸出頻率的，調(diào)節(jié)頻率時來回轉(zhuǎn)動時其齒輪的回差會給頻率讀數(shù)帶來誤差，因此頻率準確度轉(zhuǎn)動時其齒輪的回差會給頻率讀數(shù)

29、帶來誤差，因此頻率準確度不太高，通常只有不太高，通常只有1 1左右。左右。2) 2) 輸出輸出幅度幅度的讀數(shù)的讀數(shù)RsUsRs(輸出阻抗)Us(電動勢)RL(負載)(a)信號源等效模型（b）加載等效電路UO圖3.6 信號源模型及加載等效電路輸出電阻常取輸出電阻常取5050、7575、150150、600600歐姆等數(shù)值歐姆等數(shù)值 輸出電壓顯示值均為輸出電壓顯示值均為阻抗匹配時阻抗匹配時信號源輸出端信號源輸出端電壓值電壓值:V:V、mVmV、VV；或分貝電平；或分貝電平dBmdBm（分貝毫（分貝毫瓦）、瓦）、dBVdBV（分貝伏）（分貝伏）的電壓的電壓。浮地浮地信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負

30、載的條件下標(biāo)定的，信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下標(biāo)定的，若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準確的。是不準確的。 R Ri iR R0 0R Rb bR Rb bR Rb bR Rb bR RL LR R0 0R Ra aR Ra aR Ra a3 3）輸出匹配變換器）輸出匹配變換器 圖圖3.83.8阻抗匹配阻抗匹配信號源信號源被測設(shè)備被測設(shè)備阻阻 抗抗變換器變換器( (a a) )221(1)41.84SLRR RNN2212118.7SSLRRRRR R2232149LSLRRRRR RdBN1016.

31、3lg20lg20( (b b) )R R3 3R R1 1 R Rs s50 50 R R2 2R RL L75 75 R Rs sR RL L美國夏威夷大學(xué)曾來電詢問如何設(shè)計？美國夏威夷大學(xué)曾來電詢問如何設(shè)計？3.2.33.2.3脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 外同步外同步放放 大大主振級主振級同步輸出同步輸出外同步輸入外同步輸入延遲級延遲級形成級形成級整形級整形級輸出級輸出級主脈沖主脈沖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)

32、3.2.43.2.4函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 圖圖3.123.12函數(shù)信號發(fā)生器的基本組成函數(shù)信號發(fā)生器的基本組成正弦振蕩器正弦振蕩器緩沖級緩沖級放大級放大級輸出級輸出級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）脈沖式現(xiàn)在多用數(shù)字頻率合成技術(shù)來實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器，待述現(xiàn)在多用數(shù)字頻率合成技術(shù)來實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器，待述3.2.5 3.2.5 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器 圖圖3.14 3.14 噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)噪聲源噪聲

33、源變換器變換器電平指示器電平指示器電電 源源輸出衰減器輸出衰減器t3.3 3.3 合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器 頻率合成的方法頻率合成的方法 直接數(shù)字頻率合成法（直接數(shù)字頻率合成法（DDS DDS ） 間接鎖相式合成法間接鎖相式合成法（ Direct Analog Frequency SynthesisDirect Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Frequency Synthesis Direct Digital Frequency Synthesis ） 直接模擬頻率合成法（直接模擬頻率合成法（DAFS DAFS ）信號源信號源 主振

34、級主振級 頻率準確度頻率準確度 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 通用信號源通用信號源 RCRC、LCLC振蕩器振蕩器 1010-2-2量級量級 1010-3-31010-4 -4 合成信號源合成信號源 晶體振蕩器晶體振蕩器 1010-8-8量級量級 1010-7-7量級量級 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、分頻和混頻以及濾波技術(shù)，對一個或多個基準頻率利用倍頻、分頻和混頻以及濾波技術(shù)，對一個或多個基準頻率進行算術(shù)運算來產(chǎn)生所需頻率的方法，稱為直接合成法，由于進行算術(shù)運算來產(chǎn)生所需頻率的方法，稱為直接合成法，由于大多是采用模擬電路來實現(xiàn)的，所以又稱為直接模擬頻率合成，

35、大多是采用模擬電路來實現(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)字頻率合成相對應(yīng)。且正好與下面介紹的直接數(shù)字頻率合成相對應(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頻率基準頻率 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

36、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，所以稱為固定頻率合成法。稱為固定頻率合成法。 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 3.16 固定頻率合成法原理固定頻率合成法原理f fi1i11010+ + +1010+ + +1010+ + +1010+ + +頻頻 率率 選選 擇擇 開開 關(guān)關(guān)輔助基準頻率發(fā)生器輔助基準頻率發(fā)生器2.002.002.09MHz2.09MHz2.0002.000

37、2.099MHz2.099MHz2.00002.00002.0999MHz2.0999MHz2.000002.000002.099999MHz2.099999MHzf fo of fi2i2f fi3i3f fi4i4f f1 1f f2 2f f3 3f f4 4f fr r2.02.02.9MHz2.9MHzF F=16MHz=16MHz2 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

38、接模擬合成技術(shù)直接模擬合成技術(shù)特點特點： 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 -用于跳頻通信對抗用于跳頻通信對抗 （因頻率點不太多因頻率點不太多）3)3)電電路龐大、復(fù)雜路龐大、復(fù)雜 -現(xiàn)不用它做信號源現(xiàn)不用它做信號源 （因信號源頻率范圍寬因信號源頻率范圍寬）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）。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

39、位相位”的的概念出發(fā)進行頻率合成。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法實現(xiàn)的。這里先討論正弦波的合成問題，關(guān)于任意波形將法實現(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行討論。在后面進行討論。 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+1、+1+1 -1 -1、-1 -1 方方 波：波：0 0、0 0

40、、 1 1、1 1、 正弦波：預(yù)存正弦函數(shù)表，如圖正弦波：預(yù)存正弦函數(shù)表，如圖3.183.18。 2 2 實例說明（信號的實例說明（信號的頻率關(guān)系頻率關(guān)系）：）： AD9850AD9850是美國是美國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：其幅度按二進制分辨率量化；其相位一個周期二進制分辨率量化；其相位一個周期360360按按 32min2/2的分辨率設(shè)立相位取樣點，然后存入的分辨率設(shè)立相位取樣點，然后存入ROMROM的相應(yīng)

41、地址中。的相應(yīng)地址中。 實用中，改變讀取實用中，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)時鐘頻率在系統(tǒng)時鐘頻率 cf的控制下，依次讀取全部地址中的相位點，的控制下，依次讀取全部地址中的相位點，則輸出頻率最低。因為這時一個周期要讀取則輸出頻率最低。因為這時一個周期要讀取2 23232相位點，點間相位點，點間間隔時間為時鐘周期間隔時間為時鐘周期T Tc c，則，則T Toutout=2=23232T Tc c 因此這時輸出頻率為因此這時輸出頻率為圖圖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

42、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輸入輸入時鐘輸入時鐘輸入復(fù)位復(fù)位頻率更新頻率更新/ /寄存器復(fù)位寄存器復(fù)位碼輸入時鐘碼輸入時鐘串行串行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 s322coutff（3.163.16） 若隔一個相位點讀一次，則輸出頻率就會提高一倍。依次類推若隔一個相位點讀一次，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式可得輸出頻率的一般表達式322coutfkf（3.173.17） 式中式中k

43、 k為頻率碼，是個為頻率碼，是個3232位的二進制值，可寫成：位的二進制值，可寫成： 0011303031312222AAAAk（3.183.18） 013031AAAA，對應(yīng)于對應(yīng)于3232位碼值（位碼值（0 0或或1 1）。為便于看）。為便于看出頻率碼的權(quán)值對控制頻率高低的影響，將（出頻率碼的權(quán)值對控制頻率高低的影響，將（3.183.18）代入）代入（3.173.17）式得：）式得： 0321313023112222AfAfAfAffccccout （3.193.19） 3. 3. 任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器 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

44、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器儲器的數(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 將波形畫在小方格紙上，縱坐標(biāo)將波形畫在小方格紙上，縱坐標(biāo)按幅度相對值進行二進制量化，按幅度相對值進行二進制量化，橫坐標(biāo)按時間間隔編制地址，然橫坐標(biāo)按時間間隔編制地址，然后制成對應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，按序放后制成對應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，按序放入入RAMRAM。對

45、經(jīng)常使用的定了。對經(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)（AWGAWG）或任意函數(shù)發(fā)生器（）或任意函數(shù)發(fā)生器（AFGAFG） 2)2)數(shù)學(xué)方程法數(shù)學(xué)方程法 3)3)復(fù)制法復(fù)制法 將其它儀器（例如數(shù)字存儲示波器，將其它儀器（例如數(shù)字存儲示波器，XYXY繪圖儀）獲得的波形繪圖儀）獲得的波形數(shù)據(jù)通過微機系統(tǒng)總線或數(shù)據(jù)通過微機系統(tǒng)總線或G

46、PIBGPIB接口總線傳輸給波形數(shù)據(jù)存儲器。接口總線傳輸給波形數(shù)據(jù)存儲器。該法很適于復(fù)制不再復(fù)現(xiàn)的信號波形。該法很適于復(fù)制不再復(fù)現(xiàn)的信號波形。 自然界中有很多無規(guī)律的現(xiàn)象，例如雷電、地震及機器運轉(zhuǎn)時自然界中有很多無規(guī)律的現(xiàn)象，例如雷電、地震及機器運轉(zhuǎn)時的振動等現(xiàn)象都是無規(guī)律的，甚至一去不復(fù)返。為了研究這些的振動等現(xiàn)象都是無規(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)雜的方法來實現(xiàn)，現(xiàn)在采用任意波形產(chǎn)生器則方便得多了。國內(nèi)外已法來實現(xiàn)，現(xiàn)在采用任意波形產(chǎn)生器則方便得多了。國內(nèi)外已有多種型號的任意波形產(chǎn)生

47、器可供選用。有多種型號的任意波形產(chǎn)生器可供選用。 用數(shù)學(xué)方程描述的波形，先將其方程（算法）存入計算機，用數(shù)學(xué)方程描述的波形，先將其方程（算法）存入計算機，經(jīng)過運算提供波形數(shù)據(jù)。經(jīng)過運算提供波形數(shù)據(jù)。 任意波形發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)任意波形發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)1) 1) 任意波形長度或波形存儲器容量任意波形長度或波形存儲器容量：因為任意波形發(fā)生器：因為任意波形發(fā)生器的波形實質(zhì)上是由許多樣點拼湊出來的，樣點多則可拼湊的波形實質(zhì)上是由許多樣點拼湊出來的，樣點多則可拼湊較長的波形，所以用點數(shù)來表示波形長度。較長的波形，所以用點數(shù)來表示波形長度。波形存儲器容量亦稱波形存儲器深度，是指每個通道能存儲的波形存

48、儲器容量亦稱波形存儲器深度，是指每個通道能存儲的最大點數(shù)。容量越大，存儲的點數(shù)越多，表現(xiàn)波形隨時間變最大點數(shù)。容量越大，存儲的點數(shù)越多，表現(xiàn)波形隨時間變化的內(nèi)容越豐富，當(dāng)然存儲器的成本也相應(yīng)提高?；膬?nèi)容越豐富，當(dāng)然存儲器的成本也相應(yīng)提高。 曾經(jīng)提出一些技術(shù)或算法用來節(jié)省波形存儲器容量。曾經(jīng)提出一些技術(shù)或算法用來節(jié)省波形存儲器容量。 2) 2) 采樣率采樣率：通常將：通常將A/DA/D對模擬信號采樣的時鐘頻率稱為采樣率。對模擬信號采樣的時鐘頻率稱為采樣率。在在AWGAWG中是中是指指D/AD/A從波形存儲器中讀取數(shù)據(jù)的時鐘頻率從波形存儲器中讀取數(shù)據(jù)的時鐘頻率。因。因此，將此，將A/DA/D或或

49、D/AD/A轉(zhuǎn)換的時鐘頻率都稱作采樣率。在轉(zhuǎn)換的時鐘頻率都稱作采樣率。在AWGAWG中可以這樣理解，采樣率中的中可以這樣理解，采樣率中的“采樣采樣”不是從波形采集，而不是從波形采集，而是從波形存儲器中是從波形存儲器中“采集采集”。3) 3) 幅度分辨率幅度分辨率-表現(xiàn)幅度細小變化的程度，它主要取決于表現(xiàn)幅度細小變化的程度，它主要取決于DACDAC的位數(shù)的位數(shù) ，通常幅度分辨率取，通常幅度分辨率取1010位或略高位或略高 。4) 4) 通道數(shù)通道數(shù) -可實現(xiàn)可實現(xiàn) 2 2 至多路的任意波形發(fā)生器。至多路的任意波形發(fā)生器。 石家莊數(shù)英儀器公司石家莊數(shù)英儀器公司( (無線電四廠無線電四廠) )生產(chǎn)的

50、生產(chǎn)的 DDSDDS函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器按按AD9850AD9850允許最高時鐘頻率允許最高時鐘頻率f fc c=125MHz=125MHz來進行具體說明，來進行具體說明，當(dāng)當(dāng)A A0 01 1，而，而A A3131，A A3030，A A1 1均為均為0 0時，則輸出頻率最低，時，則輸出頻率最低，也是也是AD9850AD9850輸出頻率的分辨率：輸出頻率的分辨率： HzMHzffcout0291. 04294967296125232min與上面從概念導(dǎo)出的結(jié)果一致。當(dāng)與上面從概念導(dǎo)出的結(jié)果一致。當(dāng)A A31311 1，而，而A A0 0，A A1 1， A A3030均為均為0 0時

51、，輸出頻率最高：時，輸出頻率最高：max12562.522coutffMHz應(yīng)當(dāng)指出，這時一周只有兩個取樣點，已到取樣定理的最小允應(yīng)當(dāng)指出，這時一周只有兩個取樣點，已到取樣定理的最小允許值，所以當(dāng)許值，所以當(dāng)A A31311 1后，以下碼值只能取后，以下碼值只能取0 0。實際應(yīng)用中，為。實際應(yīng)用中，為了得到好的波形，了得到好的波形，設(shè)計最高輸出頻率小于時鐘頻率的設(shè)計最高輸出頻率小于時鐘頻率的1/31/3。這。這樣，只要改變樣，只要改變3232位頻率碼值，則可得到所需要的頻率，且頻率位頻率碼值，則可得到所需要的頻率，且頻率的準確度與時鐘頻率同數(shù)量級。的準確度與時鐘頻率同數(shù)量級。例如例如HP331

52、20AHP33120A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)準波形種標(biāo)準波形和任意波形，采樣速率為和任意波形，采樣速率為40MS/s40MS/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。 3.3.3 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

53、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) )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) )開始：開始：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

54、兩個輸入信號相位比較器即鑒相器，它比較兩個輸入信號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，這個電壓稱為誤差電壓輸出與相位差成比例的電壓，這個電壓稱為誤差電壓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)只能輸出一個頻率，而作為信號源必須要能輸出基本鎖相環(huán)只能輸出一個頻率，而作為信號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 LPLPF FVCOVCOPDPDf f o o = =NfNfi iN N1MHz1MHzi i 10M

55、Hz10MHzi i f f o o / /N N當(dāng)環(huán)路鎖定時，當(dāng)環(huán)路鎖定時，PDPD兩輸入信號的頻率相等，即兩輸入信號的頻率相等，即 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 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 重點掌握重點掌握脈沖倍頻環(huán)脈沖倍頻環(huán) L PL PF FVCOVCOPDPDf 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 1MHzMHzLPLPF FV

56、COVCOPDPDf f o o = = f fi i/N/N100100kHzkHzN NNfNf i i f fi iNfNfo o 從等式中解出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 fi 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 o o=|=| f f i1 i1 - -f f i2 i2| |=1000-100=1000-100=900=900kHzkHzBPFBP

57、FM+M+f f i 2 i 2 =100=100kHzkHzf f 0 0 +f+f i 2 i 2 201iifff 21iiofff- -2)2)多環(huán)合成單元多環(huán)合成單元 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 : : 因為因為 212ooifff 所以所以 212oiifNff(3.22)(3.22) (3.23) (3.23) LPLPF FPDPDf f o 1 o 1=N=Nf fi i1 1VCOVCO1 1f f i i 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PDPDLPLPF F內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振

58、蕩器f f i 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 121ooff3)3)十進合成單元十進合成單元 圖圖3.29 DS-13.29 DS-1合成單元的級聯(lián)合成單元的級聯(lián)100KHz100KHz9MHz9MHz1Hz1Hz0 09 90 09 90 09 90 09 90 09 910Hz10Hz100Hz100Hz1KHz1KHz10KHz10KHz基準基準DS-1DS-11 1DS-1DS-12 2DS-1DS-13 3DS-1DS-14 4DS-1DS-15 54)4)可程控

59、合成單元可程控合成單元 頻率范圍為頻率范圍為 1.200000MHz1.200000MHz1.299999MHz 1.299999MHz 圖圖3.30 3.30 可程控合成單元可程控合成單元PDPDLPFLPFVCOVCODD/ /A A可程控可程控分頻器分頻器f fi i頻率控制數(shù)碼頻率控制數(shù)碼f fo o3.3.4 3.3.4 頻率合成技術(shù)的進展頻率合成技術(shù)的進展 1. 1. 三種合成方法的比較三種合成方法的比較頻譜純度好頻譜純度好100GHz(100GHz(微波微波) )ms ms 級級間接鎖間接鎖相相可得任意波形可得任意波形300MHz300MHzss級級直接數(shù)直接數(shù)字字硬件電路復(fù)雜硬

60、件電路復(fù)雜100MHz100MHzs s 級級直接模直接模擬擬主要特點主要特點最高工作頻率最高工作頻率速速 度度合成方合成方法法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 該方法將兩個頻率相差甚微的信號源進行差頻混頻，如圖該方法將兩個頻率相差甚微的信號源進行差頻混頻，如圖3.313.31所示?；祛l器的輸出頻率為所示?；祛l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信號頻率十分接近，在微差混頻法中，由于參與混頻的兩個信號頻率十分接