电子测量第六章

1、第六章 信号源第六章 测量用信号源6-1、信号发生器的功用和分类一、信号源的作用一、信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规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。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。标准信号源。第六章 信号源放大器放大倍数的测量放大器放大倍数的测量iOVUUA第六章 信号源1、按输出波形分正弦信号发生器：脉冲信号发生器：函数信号发生器：噪声信号发生器：二、信号发生器分类正弦信号发生器最具普遍性和广泛性正弦信号发生器最具普遍性和广泛性

2、第六章 信号源正弦信号源特点：正弦信号源特点：1、正弦测试信号的波形不受线形电路或系统的影响。、正弦测试信号的波形不受线形电路或系统的影响。2、在线形电路中，正弦激励的响应是同一频率的正弦波。、在线形电路中，正弦激励的响应是同一频率的正弦波。3、若已知线形系统对一切频率的响应，则可确定对任意、若已知线形系统对一切频率的响应，则可确定对任意输入信号的响应。输入信号的响应。例如：例如：HP3325A 合成器合成器/函数发生器函数发生器第六章 信号源3. 按是否采用频率合成技术分类按是否采用频率合成技术分类频率合成式非频率合成式 超低频信号发生器 0.0001Hz1000Hz； 低频信号发生器 1H

3、z1MHz； 视频信号发生器 20Hz10MHz； 高频信号发生器 200KHz30MHz； 甚高频信号发生器 30KHz300MHz； 超高频信号发生器 300MHz以上。 2、按频段分类(指信号的基频)大致可分为六类：第六章 信号源射频信号发生器第六章 信号源函数发生器/计数器第六章 信号源三、信号源的主要技术指标1、关于频率 频率特性（1）范围（2）准确度（3）稳定性%100ooofffff%100minmaxofff第六章 信号源2、关于电平 输出特性（1）输出信号的幅度（有效值、绝对电平）(2) 输出电平的读出(3) 输出特性n输出电平范围。n输出电平的频响n输出电平准确度n输出阻抗

4、n输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。第六章 信号源例如：某低频信号发生器的主要性能指标n（1）频率范围。1Hz20KHz或延伸到1MHzn（2）频率稳定度。（0.10.4）%/小时n（3）频率的准确度。 (12)%n（4）输出电压。010V连续可调n（5）输出功率。0.55w连续可调n（6）输出阻抗。50、75、150、600和5Kn（7）非线性失真系数。(0.11)%n（8）平衡输出与不平衡输出方式。第六章 信号源第六章第六章 测量用信号源测量用信号源一、概述：一、概述： 利用一个或数个晶振，通过加减乘除四则运算，最终利用一个或数个晶振，通过加减乘除四则运算，最终得到频率准确度稳定在晶振量

5、级上的一系列新频率。得到频率准确度稳定在晶振量级上的一系列新频率。6-2 频率合成信号发生器频率合成信号发生器频率频率1 1输出输出石英晶体石英晶体代数运算代数运算（加、减、乘、除）（加、减、乘、除）频率合成原理频率合成原理频率频率n n输出输出基准频率基准频率频率要求：频率准确度、稳定度、分辨率、频率要求：频率准确度、稳定度、分辨率、相位噪声、谐波频谱相位噪声、谐波频谱、及及杂散频谱、频率转换时间杂散频谱、频率转换时间等要求等要求1、原理、原理第六章 信号源2、优点：、优点：RCLCLCf 21 特点：频率可调，准确度低。特点：频率可调，准确度低。普通信号源：普通信号源：高准确度的信号源：高

6、准确度的信号源：频率频率 f=C特点：准确度高，频率不可调。特点：准确度高，频率不可调。频率合成式信号发生器：频率合成式信号发生器：取长补短。取长补短。第六章 信号源1、直接模拟合成法最早采用的方法二二. 频率合成分类及特点频率合成分类及特点 直接法直接法是将振荡器基准频率通过谐波发生器产生一系列是将振荡器基准频率通过谐波发生器产生一系列谐波，将这些谐波接在开关上，通过开关的通断来选出所需谐波，将这些谐波接在开关上，通过开关的通断来选出所需频率的各位数字，然后通过合成得到所需的频率。频率的各位数字，然后通过合成得到所需的频率。例如例如，我们想要得到频率为，我们想要得到频率为4.735MHz，我

7、们使用的基准频，我们使用的基准频率为率为1MHz，通过谐波发生器产生十个谐波，将它们接在一，通过谐波发生器产生十个谐波，将它们接在一系列纵横制开关上，请看下图。系列纵横制开关上，请看下图。优点优点：较快的频率转换速度：较快的频率转换速度缺点缺点：体积大、重量大、价格高、不易集成：体积大、重量大、价格高、不易集成第六章 信号源第六章第六章 测量用信号源测量用信号源4.735MHz1MHz3.5MHz3.5MHz1 101 101 10输出频率输出频率谐波发生器谐波发生器基准频率基准频率4MHz0.735MHz7MHz0.35MHz3MHz0.5MHz1 2 3 4 5 6 7 8 9 05MHz

8、0.35MHz7.35MHz0.735MHz第六章 信号源2、间接合成法-锁相合成法克服了直接合成法的缺点fiPDLPFVCOfo第六章 信号源3、直接数字频率合成利用RAM和DAC结合，通过控制电路，从RAM单元中读出数据，再进行数模转换，得到一定频率的输出波形。易实现频率和相位的控制，易实现频率和相位的控制， 第六章 信号源频率合成技术的发展趋势n 各种频率合成方式的综合:n 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。第六章 信号源（1）

9、锁相环的组成基本锁相环是由基准频率源、鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。锁相环控制系统原理图锁相环控制系统原理图frVrVCOPDLPFVofOVd1、锁相环的基本概念三、锁相式频率合成器的工作原理 环路锁定时，环路锁定时，fo=fr。第六章 信号源 （2）、锁相环的主要性能指标:n同步带宽 ： 锁定条件下输入频率输入频率所允许的最大变化范围 n捕捉带宽 ： 环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的固有频差固有频差 n环路带宽 : 锁相环的频率特性具有低通滤波器的传输特性，其高频截止频率高频截止频率称为环路带宽。第六章 信号源2、 锁相环的几种基

10、本形式 （1）、混频式锁相环对输入频率进行加减运算的锁相环。对输入频率进行加减运算的锁相环。石英振荡器输出频率石英振荡器输出频率1 if输出频率输出频率of混频器混频器1 ioff 鉴相器鉴相器21iiofff21iiofff第六章 信号源第六章第六章 测量用信号源测量用信号源VCOPD石英振荡器石英振荡器内插振荡器内插振荡器fi2调谐调谐fi1fo(-)Mfo=fi1+fi2输出输出fo-fi1vivdv2fi2 (一一)混频式锁相环混频式锁相环第六章 信号源日日，日日/101602/101 ,2340146kHZfikHZfiHZf34. 81016010123400466106.30ff

11、分分析析误误差差210fifif210fifif第六章 信号源VCOPD 石英石英振荡器振荡器fifofo=Nfi输出输出vi 脉冲脉冲形成电路形成电路PDVCO Nfifo/Nfo=Nfi脉冲控制环脉冲控制环数字倍频环数字倍频环(2)、倍频式锁相环两种形式：第六章 信号源PDVCO Nfifo/Nfo=fi/NPDVCOfifo/Nfo=fi/N(三三)分频式锁相环分频式锁相环脉冲控制环脉冲控制环数字分频环数字分频环两种形式：第六章 信号源（1）、多环合成单元目的：满足输出频率覆盖范围并连续可调，以及提高频率分辨力3 3、提高频率分辨力的锁相合成技术、提高频率分辨力的锁相合成技术频率增量越小

12、，转换时间越长，为避免，通常采用以下：（2） 小数分频法（3） 微差混频法第六章 信号源例：实现例：实现 f0=Nfi+fi2(1)多环合成单元多环合成单元VCOVCOPDPDfi2=100_110kHz锁定指示锁定指示Nfi1Nfi1S12 1 2p1fo=Nfi1+fi2f1(1)(2)(3)(4)(6)(5)(7)(8)(9)(10)fi1=10kHz第六章 信号源第六章第六章 测量用信号源测量用信号源引进锁定指示的原因：引进锁定指示的原因：N fr（N-1）fr（N+1）fr重叠部分重叠部分如同步带宽太大，会出现假锁。如同步带宽太大，会出现假锁。为防止假锁，引入锁定电路为防止假锁，引入

13、锁定电路 fH=1)M=1)进行累加，则可在进行累加，则可在f fc c和和ROMROM数据不变的情况下改变数据不变的情况下改变输出频率，此时输出频率，此时fo为：为：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组成原理组成原理第六章 信号源2 相位累加器原理相位累加器原理 n当当改变地址计数器计数步进值改变地址计数器计数步进值（即以值（即以值M来进行累加），来进行累加），并同时并同时改变每周期采样点数改变每周期采样点数，从而实现输出频率的改变，从而实现输出频率的改变 。地址计数器步进值改变可以通过相位累加法来实现地址计数器步进值改变可以通过相位累加法来实现 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转转换换LPFfo2448位位1416位位相位累加器原理相位累加器原理第六章 信号源n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：cNofMf2实际应用中一般取实际应用中一般取