第4章信号发生器的设计技巧.ppt

第4章 信号发生器设计;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;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。 ;4.1.3 正弦信号源的性能指标;2. 输出特性 （1）输出电平范围:最大最小可调电压输出范围； （2）输出电平的频响：频率的调节对电压的影响 （3）输出电平准确度：电压实际值与标称值偏差 （4）输出阻抗：一般为50Ω或75Ω （5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。;1. ?低频信号发生器 低频信号发生器频率范围一般为20Hz～20KHz，故又称音频信号发生器 ;2. ?高频信号发生器 高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz～1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能;4.2.2 脉冲信号发生器;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，??够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。 ;2. 快速（广谱）脉冲发生器 在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。; 例如一个前沿上升时间为1ns的脉冲，其可用频谱分量为1GHz，而隧道二极管脉冲发生器产生的脉冲前沿上升时间快达15ps，则其可用频谱可以高达30GHz。;4.2.3 函数信号发生器;⑵ 正弦波形成电路;⑶ 锯齿波形成电路;2. 函数发生器的性能和组成 函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，具有较宽的频率范围（0.1Hz～几十MHz）及较稳定的频率。;4.3 锁相频率合成信号的产生;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。 ;优点：频率切换迅速，相位噪声很低。 缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价 格昂贵，不便于集成化。;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;锁相环的主要性能指标: 同步带宽 ：锁定条件下输入频率所允许的最大变化范围 捕捉带宽 ：环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的频差 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。;2. 锁相环的基本形式 ⑴倍频式锁相环 倍频环实现对输入频率进行乘法运算，主要有两种形式：谐波倍频环和数字倍频环 ;⑵分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有两种基本形式。 ;⑶混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算 ;⑷多环合成单元 单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成 ;4.4 直接数字合成技术;DDS的实现原理如下图所示;2 相位累加器原理 ; 为便于理解，可以将正弦波波形看作一个矢量沿相位圆转动，相位圆对应正弦波一个周期的波形。波形中的每个采样点对应相位圆上的一个相位点。 ;设相位累加器位数为N，频率控制字为M，参考时钟频率为fc，则DDS输出频率为：;4.4.2　DDS频率合成信号源;2 基于可编程芯片的DDS频率合成信号源 ;3 DDS/PLL组合的频率合成信号源