现代电子测量技术8.ppt

现代电子测量技术 赵志斌 电力系电信教研室 8.1 信号源概述 信号源的作用和组成 信号源的分类 正弦信号源的性能指标 8.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成 2. 信号源的组成 8.1.2 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。 8.1.3 正弦信号源的性能指标 1. 频率特性 （1）频率范围 （2）频率准确度 （3）频率稳定度 2. 输出特性 （1）输出电平范围。 （2）输出电平的频响 （3）输出电平准确度 （4）输出阻抗 （5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。 8.2 正弦、脉冲及函数发生器 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 8.2.2 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。 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。 8.2.3 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 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。 8.3 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。 8.3.2 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 实例分析：十进频率合成器 该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出频率是采用十进数字盘来选择，它可以提供更高的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为一个标准频率源而获得广泛应用。 十进锁相式频率合成器组成框图 (2) 十进锁相合成单元 2）DS-2合成单元 3）DS-3合成单元 4）DS-4合成单元 （3）输出频率的连续调节 为了使输出频率连续可调，频率合成器中加入了一个内插振荡器 8.3.3 提高频率分辨