电子测量技术第3章 测量用信号发生器.ppt

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锁相环Ⅱ的输出信号频率fi2为 将上式代入得 式中,D 为固定分频系数;N1 和N2 为可调量。因此,输出频率的变化增量为fi2/D,这就是双环混频时能达到的频率分辨力。为了进一步提高频率分辨力,还可以采用三环等多环合成法。     3. 小数合成法   小数合成法是用N 具有小数部分的倍频锁相环实现的小数分频技术,例如N =1.2,N =23.6等。通常用符号F-NPLL表示(即Fractional- N phase locked loop),或者表示为N.FPLL。    小数分频技术是一种在NPLL基础上为提高频率分辨力而发展起来的技术, 虽然早在20多年前人们就在吞脉冲技术基础上研究F-NPLL,但是只有在大规模集成电路(尤其是混合信号专用集成电路)以及计算机技术发展到今天,才进一步促进了F- NPLL技术的发展和应用。 现在,这种F-NPLL技术受到国内外普遍关注。F-NPLL的最大特点是在不降低基准频率fr的情况下提高频率分辨力,从而解决了转换速率和频率分辨力之间的矛盾(这在单环(NPLL)频率合成时是难以解决的),而且可以获得比NPLL更好的频谱纯度。 3.3 函数信号发生器工作原理 它在输出正弦波的同时还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形,以满足不同的测试要求,因其时间波形可用某些时间函数来描述而得名。  3.3.1 电路工作原理 电路工作原理框图如图3.3.1所示。 3.3.2 典型电路分析 3.4 DDS数字式频率合成信号发生器 3.4.1 频率合成的原理   在现代测量和现代通信技术中,需要高稳定度、高纯度的频率信号源。这种高稳定度的信号不能用LC或RC振荡器(稳定度只能达到10-3~10-4量级)产生,而一般采用晶体振荡器(稳定度可以优于10-6~10-8量级)来产生,但晶体振荡器只能产生一个固定的频率。当要获得许多稳定的信号频率时,采用很多个晶体振荡器来产生是不现实的,而采用频率合成的方法就能方便地实现。  频率合成是由一个或多个高稳定的基准频率(一般由高稳定的石英晶体振荡器产生),通过基本的代数运算(加、减、乘、除),得到一系列所需的频率。通过合成产生的各种频率信号,频率稳定度可以达到与基准频率源基本相同的量级。与其他方式的正弦波信号发生器相比,信号源的频率稳定度可以提高3~4个数量级。 频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现的。分频实现频率的除,即输入频率是输出频率的某一整数倍。倍频实现频率的乘,即输出频率为输入频率的整数倍。频率的加减则是通过频率的混频来实现。 3.4.2 频率合成的分类及特点   频率合成技术已发展近五十年的时间,特别是随着集成电路技术的发展而不断的发展和完善。当前主要的频率合成方式有:直接频率合成和间接频率合成,直接频率合成又可以分为模拟直接频率合成和数字直接频率合成。  1. 直接频率合成法   (1) 模拟直接合成法   模拟直接合成法是借助电子线路直接对基准频率进行算术运算,输出各种需要的频率。   鉴于采用模拟电子技术,所以又称为直接模拟频率合成法(Direct Analog Frequency Synthesis,DAFS)。常见的电路有以下两种。 (1) 固定频率合成法。下图为固定频率合成原理框图。图中,石英晶体振荡器提供基准频率fr,D 为分频器的分频系数,N 为倍频器的倍频系数。因此,输出频率fo为   式中,D 和N 均为给定的正整数。输出频率为定值,所以称为固定频率合成法。  图 固定频率合成原理 (2) 可变频率合成法 下图是利用直接模拟式频率合成实现可变频率合成的原理框图,它是通过频率的混频、倍频和分频等方法,由基准频率产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出。以实现3.628MHz输出信号为例,由晶体振荡器产生的1MHz基准频率通过谐波发生器产生1MHz、2MHz、…、9MHz等多个基准频率信号,将这些频率信号进行10分频(完成÷10运算)、混频(完成加法运算)和滤波,最后产生所需的3.628MHz输出信号。只要选取不同的谐波并进行相应的组合就可以得到所需的信号。 图 模拟直接式频率合成原理框图 直接模拟式频率合成的优点是频率切换迅速,相位噪声很低。其缺点是电路硬件结构复杂,需要大量的混频器、分频器及带通滤波器等,因而体积大,价格昂贵,不便于集成化。 (2) 数字直接合成法   前面两种信号合成方法都是基于频率合成的原理,用模拟的方法,通过对基准频率fr进行加、减、乘、除算术运算得到所需要的输出频率。自20世纪70年代以来,由于大规模集成电路的发展以及计算机技术的普及,开创了另一种信号合成技术——

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