电子测量 第4章 测量用信号源(新).ppt

4.1 信号源概述 信号源的作用和组成 信号源的分类 信号源的性能指标 4.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成 2. 信号源的组成 4.1.2 信号源的分类 1. 按频率范围 大致可分为六类： ? 超低频信号发生器 0.0001Hz～1000Hz； ? 低频信号发生器 1Hz～1MHz； ? 视频信号发生器 20Hz～10MHz； ? 高频信号发生器 200KHz～30MHz； ? 甚高频信号发生器 30KHz～300MHz； ? 超高频信号发生器 300MHz以上。 2. 按输出波形,大致可分为： ? 正弦波形发生器； ? 脉冲信号发生器； ? 函数信号发生器； ? 噪声信号发生器。 4.2.1 脉冲信号发生器 常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等 ： 1. 通用脉冲发生器 通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。 4.2.2 函数信号发生器 1. 多波形信号发生原理 ⑴方波三角波发生器 ⑵ 正弦波形成电路 ⑶ 锯齿波形成电路 4.3 信号源的技术指标 1. 频率特性 （1）频率范围 （2）输出频率的相对误差 （3）频率稳定度 是指在预热后，信号源在规定时间内频率的相对变化。 包含系统误差影响和随机误差影响。 4.3 信号源的技术指标 （3）频率稳定度 测量方法： 4.3 信号源的技术指标 老化率：主要考虑系统误差影响。 通常在一周或更长时间内，在确定的时间间隔测一次信号源频率，用最小二乘法拟合直线。老化率一般指直线上一天频率的变化和标称值之比，称日老化率。 4.3 信号源的技术指标 阿仑方差（Allan）：反映频率在很短时间内变化的常用指标。由于时间间隔很短，因此主要反映随机变化。 阿仑方差是讨论m组相邻两测量时间为t的频率值的差异。称为双取样测量。在一组中，两个测量数据的方差估计值为： 阿伦方差测量方法 早期采用间隔测量法，现在多采用连续取数法 P0为1mW时，功率电平单位就是dBmV0取1V时，电压电平的单位就是dBv在规定负载为600欧时，也常取V0=0.775V，电压电平的单位为dBu。这时，功率电平和电压电平在数值上相等 2. 输出幅度的指标 分贝电平，有功率电平和电压电平两种形式。 对频率合成器的要求 4.3 锁相频率合成信号的产生 频率合成原理 频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。 2. 频率合成分类及特点 ⑴直接频率合成 通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。 ⑵锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。 优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。 缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。 3. 频率合成技术的发展 各种频率合成方式的综合: 直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都有其优缺点 ，单独使用任何一种方法，很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，特别是DDS与PLL的结合,可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。 4.3.2 锁相环（PLL）的基本概念 1. 锁相环基本工作原理及性能 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成 。 锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 相位比较器，用来比较两个输入信号的相位，其输出电压正比于两信号的相位差。 压控振荡器，其振荡频率可用电压控制，一般都利用变容二极管（变容二极管扫频）。 锁相环的捕捉过程 锁相环的主要性能指标: 锁相环锁定时鉴相器有三个特点：一是鉴相器两输入信号频率相等；二是两输入信号的相位差为常数；三是鉴相器的输出基本为直流（用于判断锁相环是否处于锁定状态）。 环路带宽 : 锁相环的频率特性具有低通滤波器的传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。对输入信号的相位具有低通特性，就意味着对输入信号的整体 具有带通特性。即锁相环只允许在输入频率f