测量用信号发生器ppt课件

1、第第3 3章章 信号的产生信号的产生3.1 3.1 信号发生器的功能信号发生器的功能 3.2 3.2 信号发生器的分类及工作特性信号发生器的分类及工作特性 3.3 3.3 函数信号发生器工作原理函数信号发生器工作原理 3.4 3.4 直接数字合成技术直接数字合成技术 3.5 3.5 合成信号源简介合成信号源简介 1.1.信号源的作用信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器。规则或不规则波形的信号发生器。 信号源的用途主要有以下三方面：信号源的用途主要有以下三方面： 激励源。激励源。 信号仿真。信号仿真。 标准信号源。标准

2、信号源。信号信号输出输出主振器主振器缓冲缓冲调制调制输出输出电电 源源监测监测信号发生器结构框图信号发生器结构框图3. 按照信号发生器的性能指标 可分为： 一般信号发生器； 标准信号发生器； %100ooofffff%100minmaxofff3. 调制特性调制特性的恒量指标主要包括调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。3.2.1 正弦信号发生器主振级主振级缓冲缓冲放大放大电平电平控制控制功率功率放大放大衰减器衰减器阻抗阻抗变换变换电平调节电平调节波段波段调理调理频率频率细调细调电平指示电平指示低频信号发生器组成原理低频信号发生器组成原理输出输出主振级主振级波段波段选择选择频率频率细调细调

3、缓冲缓冲调制级调制级输出级输出级调制振荡器调制振荡器监测器监测器外调制外调制输入输入高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图u ut to o（a a矩形波矩形波u ut to o（b b锯齿波锯齿波u ut to o（c c阶梯波阶梯波u ut to o（d d钟形脉冲钟形脉冲u ut to o（e e数字编码序列数字编码序列 常见的脉冲信号常见的脉冲信号u 脉冲发生器的分类根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器的分类根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器、快速广谱脉冲发生器、函数发生器、数脉冲发生器、快速广谱脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。字可编

4、程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。输出输出脉宽，上升脉宽，上升/ /下降沿下降沿控制控制主振级主振级同步放大同步放大延时级延时级脉冲形成脉冲形成输出级输出级同步脉冲输出同步脉冲输出外同步外同步触发输入触发输入外触发外触发同步脉冲输出同步脉冲输出脉冲信号发生器组成原理脉冲信号发生器组成原理u 快速脉冲信号的产生技术主要有：水银开关脉冲发生器、快速脉冲信号的产生技术主要有：水银开关脉冲发生器、雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复二极管脉冲发生器以及雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复二极管脉冲发生器以及隧道二极管脉冲发生器等。隧道二极管脉冲发生器等。VDVDRCRCROROK KRLRL水银开关脉冲发生器原理水

5、银开关脉冲发生器原理50mV/DIV30dB1 ns/DIV(a)0-40dB0123GHz(b)过度持续时间为过度持续时间为1ns的脉冲发生器前沿及其频谱的脉冲发生器前沿及其频谱50mV/DIV100 ps/DIV(a)0-40dB0102030GHz(b)隧道二极管脉冲发生器前沿及其频谱隧道二极管脉冲发生器前沿及其频谱 例如一个前沿上升时间为例如一个前沿上升时间为1ns1ns的脉冲，其可用频谱分量为的脉冲，其可用频谱分量为1GHz1GHz，而隧道二极管脉冲发生器产生的脉冲前沿上升时间快，而隧道二极管脉冲发生器产生的脉冲前沿上升时间快达达15ps15ps，则其可用频谱可以高达，则其可用频谱可

6、以高达30GHz30GHz。C双稳态双稳态电路电路VC2V2VC1AWRU1I1U2B方波、三角波发生器原理框图方波、三角波发生器原理框图V1)(221VVCIfsc设充放电电流为I，输出三角波的频率为fsc，那么：utiustusct分段折线逼近波形综合分段折线逼近波形综合n其电路实现原理如下图所示。其电路实现原理如下图所示。 分段逼近波形综合电路分段逼近波形综合电路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R 1AR 2AR 3AR 4AR 5AR 6AR 7AR 7BR 6BR 5BR 4BR 3BR 2BR 1BViVoD 1AD 1BD 2AD 3AD 4AD 5AD 6AD 2BD 3B

7、D 4BD 5BD 6But（a）ut（b）tu（c）tu（d）锯齿波的获得原理锯齿波的获得原理 锯齿波可以通过方波与三角波而获得，将下图中锯齿波可以通过方波与三角波而获得，将下图中a a所所示三角波与图示三角波与图b b所示方波直接叠加就可得到图所示方波直接叠加就可得到图c c所所示的交错锯齿波，再经过全波整流，就得到了图示的交错锯齿波，再经过全波整流，就得到了图d d所示所示的锯齿波。的锯齿波。频率频率控制控制网络网络三角波三角波缓冲器缓冲器正弦波综正弦波综合及缓冲合及缓冲正恒正恒流源流源负恒负恒流源流源比较器比较器方波方波缓冲器缓冲器外外部部频频率率控控制制函数函数选择选择及其及其它波它

8、波形产形产生生输出输出放大放大输出输出滤波滤波直流直流补偿补偿积分积分电路电路函数发生器基本组成原理函数发生器基本组成原理3.直接数字合成基本原理 设取样时钟频率为，正弦波每一周期由个取样点构设取样时钟频率为，正弦波每一周期由个取样点构成，则该正弦波的频率为：成，则该正弦波的频率为：NfNTfcco1地址计数器地址计数器（N）正弦波正弦波ROM存储器存储器D/ALPFfcfoDDS组成原理组成原理输出信号频率输出信号频率fo: fo: 取决于两个因数：取决于两个因数：参考时钟频率；参考时钟频率；ROMROM中存储的正弦波；中存储的正弦波；NMffco如果地址计数器以步进如果地址计数器以步进MM

9、=1)进行累加，则可在进行累加，则可在fc和和ROM数据不变的情况下改变输出频率，此时数据不变的情况下改变输出频率，此时fo为：为：相位相位锁存器锁存器频率控制字频率控制字M相位累加器相位累加器fr波形存储波形存储RAMD/A转换转换LPFfo2448位位1416位位相位累加器原理相位累加器原理步进步进点数点数2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248数字相位圆数字相位圆cNofMf2实际应用中一般取实际应用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 输出输出输出输出串串/并并选择选择6位地址或位地址或串行编

10、程串行编程8位并位并行数据行数据FSK/BPSK/HOLD数据输入数据输入420参考时钟参考时钟倍乘倍乘频频率率累累加加器器相位偏移相位偏移及调制及调制 +相相位位累累加加器器相相位位转转换换器器300MHzDDS参参考考时时钟钟滤波滤波器器滤波滤波器器12位位D/AM/DAC复位复位12位位D/A频率控制字频率控制字/相位字启停逻辑相位字启停逻辑I/O更新更新读写读写可编程寄存器可编程寄存器48位频率位频率控制字控制字14位相位位相位偏移偏移/调制调制I/O端口缓冲端口缓冲12位位AM调制调制比较器比较器模拟输入模拟输入时钟输出时钟输出AD9854 DDS结构结构+-相位累相位累加器加器参考

11、参考时钟时钟相位相位调制器调制器D/A转转换换滤波滤波CPU接口接口输出输出频率控制字频率控制字波形波形存储器存储器SRAM 基于可编程芯片的基于可编程芯片的DDS频率合成信号源频率合成信号源PDLPFVCOKDDS混频器混频器带通滤波带通滤波frfcfoDDS/PLL混频式频率合成原理混频式频率合成原理fPfD基准信号基准信号源源此时输出频率为：此时输出频率为：NcrDPofMfKfff23.5.13.5.1任意波形发生器任意波形发生器波形存储器波形存储器D/A转换器转换器滤波器滤波器fs输出输出任意波形发生器原理任意波形发生器原理点频法点频法 ：逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设

12、：逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设备记录被测系统的响应。备记录被测系统的响应。特点：准确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。特点：准确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。 扫频法：是利用扫频信号发生器输出自动连续变化的频率信号，扫频法：是利用扫频信号发生器输出自动连续变化的频率信号，对被测系统进行动态式的扫频测试。对被测系统进行动态式的扫频测试。特点：简单快捷，可以方便地测量系统的频率特性及动态特性。特点：简单快捷，可以方便地测量系统的频率特性及动态特性。 扫描电压发生器扫描电压发生器正弦振荡器正弦振荡器放大器放大器电平调制电平调制衰减衰减ALC放大放大状态控制状态控制可变移相可变移相显示器显示器频率标记电路频率标记电路输出输出外部自动外部自动电平控制电平控制参考电平参考电平调制信号调制信号扫频信号发生器原理框图扫频信号发生器原理框图正弦振荡器在扫描电压作用下，按一定规律在一定频率范围内反正弦振荡器在扫描电压作用下，按一定规律在一定频率范围内反复扫描。复扫描。扫描电压为锯齿波或三角波扫描电压为锯齿波或三角波: :其频率扫描规律为线性；其频率扫描规律为线性；扫描电压为对数变化扫描电压为对数变化: : 频率扫描规律是对数，对数扫频