近代電子測(cè)量技術(shù)-信號(hào)源

1、信號(hào)源初步信號(hào)源概述n 信號(hào)源的作用和組成n 信號(hào)源的分類n 正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)n 頻率合成的基本概念n 正弦信號(hào)源的典型應(yīng)用n 調(diào)制信號(hào)源信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)源的用途主要有以下三方面：p激勵(lì)源。p信號(hào)仿真。p標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。信號(hào)源的作用信號(hào)源的作用信號(hào)源的組成信號(hào)源的組成信號(hào)信號(hào)輸出輸出主振器主振器緩沖緩沖調(diào)制調(diào)制輸出輸出電電 源源監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖自激振蕩源 頻率源可分為兩大類,自激振蕩源和合成頻率源。常見的自激振蕩源有晶體振蕩器、腔體振蕩器、介質(zhì)振蕩器、壓控振蕩器、YIG振蕩器和波形產(chǎn)生器等。信號(hào)源的分類信號(hào)源的

2、分類p正弦波信號(hào)源；（RF毫米波段 含連續(xù)波 掃描信號(hào) 數(shù)字及模擬調(diào)制信號(hào)源矢量信號(hào)源）p函數(shù)信號(hào)源；（包括任意波形發(fā)生器(AWG)和函數(shù)發(fā)生器（AFG）。采用取樣技術(shù)，可以構(gòu)建和修改幾乎任何形狀可以想象的波形。）p邏輯信號(hào)源p噪聲信號(hào)發(fā)生器。正弦波信號(hào)源正弦信號(hào)源在線性系統(tǒng)測(cè)試中具有特殊意義。眾所周知，在正弦信號(hào)的激勵(lì)下，線性電路內(nèi)的所有電壓和電流都是具有同一頻率的正弦波，只是彼此之間的幅值和相位可起有所差別。此外，若己知線性系統(tǒng)對(duì)一切頻率(或一組靠得很近的頻率)的外加正弦信號(hào)的幅值和相位的響應(yīng)，那么就能夠完全確定該系統(tǒng)在其線性工作范圍內(nèi)對(duì)于任意輸入信號(hào)的。也就是說：正弦波測(cè)試是線性系統(tǒng)頻域

3、分析的重要實(shí)驗(yàn)方法。（）輸出（功率）電平范圍（）輸出電平準(zhǔn)確度（）輸出電平的頻率特性（帶內(nèi)平坦度）（）輸出阻抗正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)幅度幅度正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)頻率（一）頻率（一）（1）頻率范圍 頻率范圍指頻率合成器輸出最低頻率和輸出最高頻率之間的變化范圍，也可以用覆蓋系數(shù)k表示（k=fmax / fmin）。如果覆蓋系數(shù)k2或3時(shí)，整個(gè)頻段可以劃分為幾個(gè)分波段。（2）頻率分辨率 頻率合成器需在指定的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生大量離散的頻率。頻率分辨率是指兩相鄰頻率點(diǎn)之間的間隔，故也稱為頻率間隔。不同用途的頻率合成器的分辨率要求相差很大。作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的合成器，則希望

4、有盡可能精細(xì)的頻率分辨率。（3）頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是指頻率合成器從某一頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率并達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間。不同類型的頻率合成方式，此指標(biāo)相差較大，一般要求頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間小于幾十毫秒。（4） 頻率精度（4） 頻率精度正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)頻率（二）頻率（二）頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，合成器輸出頻率變化的大小。一般可以分為長(zhǎng)期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)長(zhǎng)期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度定度，但這種分法是相對(duì)而言的。p長(zhǎng)期穩(wěn)定度長(zhǎng)期穩(wěn)定度：指在規(guī)定的外界條件下，在所要求的時(shí)間內(nèi)工作頻率的相對(duì)變化，主要由晶體和元器件的老化決定；長(zhǎng)期穩(wěn)定度是指一天以上時(shí)間內(nèi)（一般按年

5、、月、日計(jì)）合成器輸出頻率的漂移，常用該時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化Fo/Fo來表示。它主要是由元器件老化及環(huán)境條件變化（如溫度、濕度、壓力等）引起的。頻率合成器的長(zhǎng)期穩(wěn)定度一般取決于所使用的參考頻率源的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)頻譜純度頻譜純度指在規(guī)定的外界條件下，在所要求的時(shí)間內(nèi)工作頻率的相對(duì)變化，主要由晶體和元器件的老化決定；長(zhǎng)期穩(wěn)定度是指一天以上時(shí)間內(nèi)（一般按年、月、日計(jì)）合成器輸出頻率的漂移，常用該時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化Fo/Fo來表示。它主要是由元器件老化及環(huán)境條件變化（如溫度、濕度、壓力等）引起的。頻率合成器的長(zhǎng)期穩(wěn)定度一般取決于所使用的參考頻率源的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。長(zhǎng)

6、期穩(wěn)定度長(zhǎng)期穩(wěn)定度短期頻穩(wěn)度 短期頻穩(wěn)度通常用時(shí)域時(shí)域和頻域頻域兩種方法表征。n時(shí)域頻穩(wěn)度除了用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差和阿侖方差阿侖方差表征外，目前更多的用抖動(dòng)抖動(dòng)表征。n頻域頻穩(wěn)度除了用相位起伏的譜密度、頻率起伏的譜密度表征外，典型的用相位噪聲相位噪聲表征。 標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差描述的是采樣時(shí)鐘在一定的閘門時(shí)間內(nèi)的平均標(biāo)準(zhǔn)差描述的是采樣時(shí)鐘在一定的閘門時(shí)間內(nèi)的平均頻率圍繞其平均值的起伏偏差。頻率圍繞其平均值的起伏偏差。 221011niifn ffn標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)際上是方差的估計(jì)值，可用貝塞爾公式計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)際上是方差的估計(jì)值，可用貝塞爾公式計(jì)算。標(biāo)稱頻率標(biāo)稱頻率第第i i次測(cè)量所得的頻率值次測(cè)量所得的頻率

7、值n n次頻率測(cè)量值的均值次頻率測(cè)量值的均值阿侖方差式中，式中，m m為測(cè)量組數(shù)，相鄰兩次為一組；為測(cè)量組數(shù)，相鄰兩次為一組； 分別是在分別是在相鄰兩次閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量的頻率平均值。在測(cè)量阿侖方差時(shí)相鄰兩次閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量的頻率平均值。在測(cè)量阿侖方差時(shí)，兩次相鄰測(cè)量之間是無間歇時(shí)間的，使得由閃爍噪聲引起，兩次相鄰測(cè)量之間是無間歇時(shí)間的，使得由閃爍噪聲引起的頻率緩慢起伏來不及表現(xiàn)出來，因而阿侖方差是收斂的。的頻率緩慢起伏來不及表現(xiàn)出來，因而阿侖方差是收斂的。 210()12miiifffm,iiff 當(dāng)存在閃爍噪聲時(shí)，將對(duì)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生直接的相位調(diào)制當(dāng)存在閃爍噪聲時(shí)，將對(duì)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生直接的相位調(diào)制。由

8、于閃爍相位噪聲的存在，用標(biāo)準(zhǔn)差表征短期頻穩(wěn)度會(huì)出。由于閃爍相位噪聲的存在，用標(biāo)準(zhǔn)差表征短期頻穩(wěn)度會(huì)出現(xiàn)發(fā)散問題，而采用阿侖方差可克服這一困難。阿侖方差的現(xiàn)發(fā)散問題，而采用阿侖方差可克服這一困難。阿侖方差的定義為：定義為：p短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度 1.1.指由于電源起伏、振動(dòng)等導(dǎo)致的（即在1s時(shí)間內(nèi)的頻率變化）；2.2.指各種隨機(jī)噪聲造成的瞬間頻率或相位起伏，一般也稱為相位噪聲；兩者在頻域用單邊帶相位噪聲單邊帶相位噪聲（SSB）表示，以dBc/Hz/1KHz（或MHz等）或rad2/Hz為單位；其定義為在偏離載頻的頻率f處，SSB功率譜密度PSSB與載頻Pc之比，即：時(shí)域頻穩(wěn)度除了用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差和

9、阿侖方差阿侖方差表征外，目前更多的用抖動(dòng)抖動(dòng)表征。正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)頻譜純度（三）頻譜純度（三）( )10lg (dB)SSBcPL fP頻譜純度相位噪聲（一）頻譜純度相位噪聲（一）頻譜純度相位噪聲（二）頻譜純度相位噪聲（二） 更高的相位噪聲指標(biāo) 意味著更高的頻譜利用率 ！頻譜純度相位噪聲（三）頻譜純度相位噪聲（三）信道外相位噪聲使帶內(nèi)信號(hào)發(fā)生畸變 頻譜純度相位噪聲（四）頻譜純度相位噪聲（四） 本振的相位噪聲使混頻器輸入端的小信號(hào)隱藏于“裙”下，減小了接收靈敏度并減小了動(dòng)態(tài)范圍頻率合成器的指標(biāo)頻率合成器的指標(biāo)頻譜純度頻譜純度 影響頻率合成器輸出頻譜純度的因素主要有兩個(gè)，一

10、是影響頻率合成器輸出頻譜純度的因素主要有兩個(gè)，一是相位噪聲相位噪聲，二是，二是寄生干擾。相位噪聲是一種瞬間頻率或相位的起伏；而寄生干擾分為諧波、寄生干擾。相位噪聲是一種瞬間頻率或相位的起伏；而寄生干擾分為諧波、次諧波和雜散（非諧波）次諧波和雜散（非諧波） 雜散：是指頻率合成器輸出信號(hào)沒雜散：是指頻率合成器輸出信號(hào)沒有諧波關(guān)系的一些無用譜，在頻譜有諧波關(guān)系的一些無用譜，在頻譜上表現(xiàn)為若干對(duì)稱邊帶或者信號(hào)譜上表現(xiàn)為若干對(duì)稱邊帶或者信號(hào)譜線旁存在的非諧波關(guān)系的離散單根線旁存在的非諧波關(guān)系的離散單根譜線譜線諧波：諧波：是指與頻率合成是指與頻率合成器輸出頻率有關(guān)系的信器輸出頻率有關(guān)系的信號(hào)，頻譜上表現(xiàn)為

11、合成號(hào)，頻譜上表現(xiàn)為合成器輸出信號(hào)的整數(shù)倍頻器輸出信號(hào)的整數(shù)倍頻率處的單根譜線。率處的單根譜線。Agilent E8257D PSG Analog Signal Generator頻率合成的基本概念頻率合成原理頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 頻率頻率1 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數(shù)運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率合成原理頻率頻率n n輸出輸出基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率頻率源性能是伴隨著頻率合成技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的，從20世紀(jì)30年代開始形成頻率合成理論算起，頻率合成技術(shù)的發(fā)展至今經(jīng)歷了三代：p直接式頻率合成（）p間接式頻率合成（）p直接數(shù)字式頻率合成（）

12、 頻率合成技術(shù)的發(fā)展頻率合成技術(shù)的發(fā)展直接式頻率合成其基本原理是利用一個(gè)或多個(gè)不同頻率的晶體振蕩器作為參考源，經(jīng)過一系列混頻、倍頻、分頻及濾波等操作直接產(chǎn)生所需要的各種離散輸出頻率。直接式頻率合成（一）直接式頻率合成（一） 有多個(gè)參考頻率源的叫做有多個(gè)參考頻率源的叫做直接直接式非相關(guān)頻率合成器式非相關(guān)頻率合成器，它的缺點(diǎn)在，它的缺點(diǎn)在于制作多個(gè)具有相同頻率穩(wěn)定度和于制作多個(gè)具有相同頻率穩(wěn)定度和精度的參考頻率源既復(fù)雜又困難，精度的參考頻率源既復(fù)雜又困難，成本很高；成本很高；晶振晶振諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（分頻（1010）8MHz8MHz混頻（混頻（+ +）混頻（混頻（+ +）2

13、MHz2MHz濾波濾波分頻（分頻（1010）2.8MHz2.8MHz濾波濾波0.28MHz0.28MHz分頻（分頻（1010）混頻（混頻（+ +）濾波濾波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz直接式頻率合成（二）直接式頻率合成（二） 只有一個(gè)頻率參考源的叫做只有一個(gè)頻率參考源的叫做直接式相關(guān)頻率合成器直接式相關(guān)頻率合成器，這種合，這種合成器由于只有一個(gè)參考源，它所需的所有頻率都由這一個(gè)頻率成器由于只有一個(gè)參考源，它所需

14、的所有頻率都由這一個(gè)頻率經(jīng)過倍頻、分頻和混頻后得到，這樣，合成器所輸出頻率的穩(wěn)經(jīng)過倍頻、分頻和混頻后得到，這樣，合成器所輸出頻率的穩(wěn)定度和精度都與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)都使用這種方法。定度和精度都與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)都使用這種方法。直接式頻率合成（三直接式頻率合成（三）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)p頻率轉(zhuǎn)換速度快頻率轉(zhuǎn)換速度快p長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定度高長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定度高p具有很好的近載頻相位噪聲性能。具有很好的近載頻相位噪聲性能。缺點(diǎn)缺點(diǎn)但由于大量采用了倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，因此：但由于大量采用了倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，因此：p結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試難度大結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試難度大p雜散抑制較差，雜散抑制較

15、差，p難以達(dá)到高的頻率分辨率。難以達(dá)到高的頻率分辨率。在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的鎖相式頻率合成是一種間接的頻率合成方法，它利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，這樣通過不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個(gè)基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上合成不同的頻率。 間接式頻率合成間接式頻率合成鎖相環(huán)基本工作原理及性能鎖相環(huán)基本工作原理及性能 鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（PDPD）、環(huán)路濾波器（）、環(huán)路濾波器（LPFLPF）、電壓）、電壓控制振蕩器（控制振蕩器（VCOVCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成

16、。鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（一）鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（一）（a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波諧波形成形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字倍頻環(huán)VCOPDLPFfiN倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖fiNPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖倍頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算，主要有兩種形倍頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算，主要有兩種形式：式：諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)和和數(shù)字倍頻環(huán)數(shù)字倍頻環(huán)鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（二）鎖相環(huán)的基本形式倍頻式（二）分頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率的除法運(yùn)算，與倍

17、頻環(huán)相似，也有兩種基本形式。 分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）數(shù)字分頻環(huán)）數(shù)字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波諧波形成形成（a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán)fiNPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡(jiǎn)化圖）分頻環(huán)簡(jiǎn)化圖鎖相環(huán)的基本形式分頻式鎖相環(huán)的基本形式分頻式混頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的加減運(yùn)算 PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán)fo= fi1- fi2混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo= fi1+

18、fi2-PLLfi1fi2fo= fi1- fi2（c）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖（d）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖鎖相環(huán)的基本形式混頻式鎖相環(huán)的基本形式混頻式單環(huán)合成單元存在頻率點(diǎn)數(shù)目較少，頻率分辨率不高等缺點(diǎn)，所以一個(gè)合成式信號(hào)源都是由多環(huán)合成單元組成。 fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器環(huán)環(huán)1環(huán)環(huán)2倍頻環(huán)倍頻環(huán)加法混頻環(huán)加法混頻環(huán)（a） 雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化

19、結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖VCO1PD1LPF1諧波諧波形成形成鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（一）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（一）三環(huán)三環(huán)PLL合成器合成器VCOBPDBLPFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖fBfA鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（二）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（二）iAAfNfiBBfNfMfffBAo/iBAofMNNf)/(小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（一）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（一）n隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了小數(shù)分頻鎖相環(huán)，給頻率分辨

20、率的提高提供了較好的途徑，因而在現(xiàn)代頻率合成器中得到了較多地應(yīng)用。VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理器微處理器 實(shí)際上數(shù)字分頻器每次分頻的系數(shù)仍是整數(shù)，所謂小數(shù)分頻只是一種平均的效果。概括地講，若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分（N）也有小數(shù)部分（k），小數(shù)部分的位數(shù)為n，則需進(jìn)行k次（N+1）分頻，（10n-k）次N分頻循環(huán)進(jìn)行即可，每次循環(huán)總分頻次數(shù)為10n次。小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（二）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（二）VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理器微處理器若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分（N）也有小數(shù)部分（k），小數(shù)部分的位數(shù)為n，則需進(jìn)行k次（N+1）分

21、頻，（10n）-k）次N分頻循環(huán)進(jìn)行即可，每次循環(huán)總分頻次數(shù)為10n次如希望得到如希望得到18.9次分頻：次分頻：N=18，k9，n=19次次19分頻，分頻，(101)-91次次18分頻分頻，則平均分頻系數(shù)為：，則平均分頻系數(shù)為：（19*9+18*1）/（9+1）18.9如希望得到如希望得到41.28次分頻：次分頻：N=41，k28，n=228次次42分頻，分頻，(102)-2872次次41分分頻，則平均分頻系數(shù)為：頻，則平均分頻系數(shù)為：（42*28+41*72）/（28+72）18.9小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（三）小數(shù)分頻式鎖相環(huán)（三）VCOPDLPFfofiN/(N+1)小數(shù)分頻器小數(shù)分頻器微處理

22、器微處理器 N及N+1分頻的進(jìn)行是被“摻勻”了的，避免出現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)完成的都是N分頻而在另一段時(shí)間 內(nèi)都是N+1分頻。這樣的工作由微處理器控制完成。具體的方法可用小數(shù)部分k進(jìn)行累加，若累加計(jì)數(shù)未達(dá)到10n則取N分頻，若達(dá)到則累加高位溢出，并取N+1分頻。如希望得到如希望得到18.7次分頻：次分頻：N=18，k7，n=1累加累加 次數(shù)次數(shù)累加結(jié)果累加結(jié)果分頻系數(shù)分頻系數(shù)1718214419311119481851551961221979188166199133191010019鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（三）鎖相環(huán)的基本形式多環(huán)合成（三）毫米波毫米波CW信號(hào)源信號(hào)源（多環(huán)（多環(huán)/小數(shù)分頻技術(shù)小數(shù)分

23、頻技術(shù)解決頻率分辨率與相位噪聲指標(biāo)間的矛盾）解決頻率分辨率與相位噪聲指標(biāo)間的矛盾） PLL相位噪聲的特點(diǎn)nPLL的相位噪聲來源包括：n參考源、鑒相器、VCO以及寬帶噪聲基底n分頻比N決定了輸出頻率相位噪聲的惡化依據(jù) 20logN 這一公式！鎖相環(huán)的相位噪聲特點(diǎn)鎖相環(huán)的相位噪聲特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：易于集成化體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功耗低價(jià)格低n缺點(diǎn)：頻率切換時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)頻率分辨率無法滿足當(dāng)前更高精度的要求鎖相環(huán)小結(jié)鎖相環(huán)小結(jié)70年代,Tierney J等人就首先提出了DDS的概念，直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesis）的基本原理是基于取樣技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，通過數(shù)字合成來生成頻率和相位對(duì)于固

24、定的參考頻率可調(diào)的信號(hào)。直接數(shù)字頻率合成的基本組成原理直接數(shù)字頻率合成的基本組成原理 直接數(shù)字式頻率合成直接數(shù)字式頻率合成輸出信號(hào)頻率輸出信號(hào)頻率fo: 取決于兩個(gè)因數(shù)：取決于兩個(gè)因數(shù)：參考時(shí)鐘頻率；參考時(shí)鐘頻率；ROMROM中存儲(chǔ)的正弦波；中存儲(chǔ)的正弦波；2coNKff 如果如果地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)（地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)（=1)=1)進(jìn)行累加，則可在進(jìn)行累加，則可在f fc c和和ROMROM數(shù)據(jù)不數(shù)據(jù)不變的情況下改變變的情況下改變輸出頻率，此時(shí)輸出頻率，此時(shí)fo為：為：設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為fc，正弦波每一周期由，正弦波每一周期由 個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)成，則該正個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)成，則該正弦波的頻率為：弦

25、波的頻率為：DDS工作原理（一）122coNNcffT2N點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248在實(shí)際的在實(shí)際的DDS中，為了降低中，為了降低ROM的內(nèi)存的內(nèi)存容量，采用了壓縮的方法，主要利用正弦波容量，采用了壓縮的方法，主要利用正弦波的對(duì)稱性，將的對(duì)稱性，將360度范圍內(nèi)的幅、相點(diǎn)減少到度范圍內(nèi)的幅、相點(diǎn)減少到90度以內(nèi)正弦函數(shù)的近似算法度以內(nèi)正弦函數(shù)的近似算法 。DDS工作原理（二）DDS工作原理（三）設(shè)相位累加器位數(shù)為N，頻率控制字為，參考時(shí)鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：2ocNKf

26、f相位截?cái)嗾`差相位截?cái)嗾`差：一般舍去：一般舍去N N的低位，只取的低位，只取N N的高的高A A位（如高位（如高1616位）作為存儲(chǔ)器地址，使得相位的低位被截?cái)啵聪辔唤匚参唬┳鳛榇鎯?chǔ)器地址，使得相位的低位被截?cái)啵聪辔唤匚玻．?dāng)相位值變化小于）。當(dāng)相位值變化小于1/21/2A A時(shí)，波形幅值并不會(huì)發(fā)生變化，時(shí)，波形幅值并不會(huì)發(fā)生變化，但但輸出頻率的分辨率并不會(huì)降低輸出頻率的分辨率并不會(huì)降低，由于地址截?cái)喽鸬姆捎诘刂方財(cái)喽鸬姆嫡`差，稱為截?cái)嗾`差。值誤差，稱為截?cái)嗾`差。單片集成化的DDS輸出輸出輸出輸出串串/并并選擇選擇6 位 地 址位 地 址或串行編或串行編程程8位并位并行數(shù)據(jù)行

27、數(shù)據(jù)FSK/BPSK/HOLD數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入420參考參考時(shí)鐘倍乘時(shí)鐘倍乘頻頻率率累累加加器器相位偏移相位偏移及調(diào)制及調(diào)制 +相相位位累累加加器器相相位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器300MHzDDS參參考考時(shí)時(shí)鐘鐘濾波濾波器器濾波濾波器器12位位D/AM/DAC復(fù)位復(fù)位12位位D/A頻率控制字頻率控制字/相位字啟停邏輯相位字啟停邏輯I/O更新更新讀寫讀寫可編程寄存器可編程寄存器48位頻率位頻率控制字控制字14位相位位相位偏 移偏 移 / 調(diào)調(diào)制制I/O端口緩沖端口緩沖12位位AM調(diào)制調(diào)制比較器比較器模擬輸入模擬輸入時(shí)鐘輸出時(shí)鐘輸出AD9854 DDS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+-小結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)p極高的頻率分辨率，可達(dá)微赫茲量

28、級(jí)。例如，當(dāng)DDS時(shí)鐘采用300MHz，相位累加器字長(zhǎng)為48位，此時(shí)頻率分辨率約為1.06610-6Hz，這在傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)看來是幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的。p輸出頻率相對(duì)帶寬很寬。p極短的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間，可達(dá)納秒量級(jí)。p頻率轉(zhuǎn)換時(shí)的相位連續(xù)性。p具有任意波形輸出能力。p具有數(shù)字調(diào)制功能。缺點(diǎn)缺點(diǎn)工作頻率的限制。p輸出信號(hào)雜散抑制差。幾種頻率合成技術(shù)對(duì)比 樣式參數(shù)DSPLLDDS相位噪聲很低與分頻比有關(guān)與集成工藝和參考時(shí)鐘有關(guān)雜散與濾波器有關(guān)與分頻比、環(huán)路帶寬濾波器有關(guān)與DAC、相位舍位、幅度量化捷變速度快，取決于濾波器速度與環(huán)路帶寬有關(guān)很很，與時(shí)鐘頻率有關(guān)帶寬 與濾波器有關(guān)與環(huán)路帶寬有關(guān)與時(shí)鐘頻率有

29、關(guān)體積大較小較小價(jià)格昂貴便宜較低功耗大很小與時(shí)鐘頻率有關(guān)正弦信號(hào)源的典型應(yīng)用n系統(tǒng)本振（相位噪聲 頻率精度）n器件（放大器）失真測(cè)試（三階交調(diào) 寄生分量）n接收機(jī)測(cè)試（寄生 功率精度）n掃描功能（功率掃描 頻率掃描）的應(yīng)用 系統(tǒng)本振n本振頻率精度決定發(fā)射機(jī)頻率精度n本振相位噪聲會(huì)影響鄰?fù)ǖ佬盘?hào) 失真測(cè)試（一）三階交調(diào)三階交調(diào) 當(dāng)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)入非線性系統(tǒng)，將產(chǎn)生其它頻率分量，這個(gè)寄生信號(hào)往往對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾互調(diào)失真。112cosfA)2cos(22fAnnPKPKPKPK33221)2cos(2cos22111tfAt fAKt fKA122122cos5 . 0)22cos(5 . 02

30、222tfKA)(2cos21221tffKAA)(2cos21221tffKAA）)2(2cos75. 0213221tffKAA)2(2cos75. 0123221tffKAA一階一階二階二階三階三階圖 三階交調(diào)分量與三階交調(diào)截點(diǎn)失真測(cè)試（二）三階交調(diào)截點(diǎn)（3rd Order Intercept Point）三階交調(diào)截點(diǎn)通常用來表征器件（如放大器、混頻器）或是接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍（非線性）的指標(biāo)。 三階交調(diào)截點(diǎn)為基波信號(hào)的輸入輸出功率特性，與第三階互調(diào)分量信號(hào)的輸入輸出功率特性交會(huì)之點(diǎn)。在設(shè)計(jì)接收機(jī)系統(tǒng)時(shí)，利用三階交調(diào)截點(diǎn)，可以相當(dāng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)交調(diào)分量的功率。 雖然三階交調(diào)截點(diǎn)在實(shí)際上很難精確地獲

31、得，但從理論上，當(dāng)三階交調(diào)分量較小時(shí)，輸入信號(hào)每增加1dB，三階交調(diào)分量增加3dB，根據(jù)這一理論，可以近似地得到三階交調(diào)點(diǎn)。設(shè)基波輸入信號(hào)基波輸入信號(hào)所提供的功率為Pi，若以dBm計(jì)為223310lg10lg(10lg10lg27)()10210iniininPVPVRdBmR再就線性部分的基波輸出分量來看，輸出功率為再就線性部分的基波輸出分量來看，輸出功率為若以若以dBm計(jì)為計(jì)為2212outLK VPR2222113310lg10lg(10lg10lg10lg27)()10210outoLLPK VPVKRdBmR設(shè)基波功率增益為設(shè)基波功率增益為oPiPGP改以改以dB計(jì)為計(jì)為2110lg

32、(10lg10lg10lg)()pinLGGKRRdB而又可知而又可知oiPPG第三階交調(diào)信號(hào)的輸出功率為：233,3324oLK VPR若以若以dBm計(jì)為計(jì)為223333310lg2104LKPVR此式中部分項(xiàng)以此式中部分項(xiàng)以Pi表示可得：表示可得：333356.520lg10lginiLRPPKR進(jìn)一步可表示為：進(jìn)一步可表示為：33iPPK3356.520lg10lginLRKKRoiPPG又有：又有：223310lg10lg(10lg10lg27)()10210iniininPVPVRdBmR三階交調(diào)截點(diǎn)的確定三階交調(diào)截點(diǎn)的確定33iPPKoiPPG輸入交調(diào)截點(diǎn)輸入交調(diào)截點(diǎn)Input I

33、ntercept Point輸出交調(diào)截點(diǎn)輸出交調(diào)截點(diǎn)Output Intercept PointOIPIIPG斜率：斜率：G斜率：斜率：3G三階交調(diào)截點(diǎn)的測(cè)量三階交調(diào)截點(diǎn)的測(cè)量 P1abPaPbOIP-Pa=(Pa-Pb)/2按照三階交調(diào)按照三階交調(diào)截點(diǎn)的定義測(cè)量時(shí)截點(diǎn)的定義測(cè)量時(shí)，輸入功率和輸出功率均比，輸入功率和輸出功率均比較大，不便于測(cè)量。較大，不便于測(cè)量。OIP=Pa+IM/2三階交調(diào)截點(diǎn)的測(cè)量三階交調(diào)截點(diǎn)的測(cè)量 G=20dBOIP=Pa+IM/2 =-10dBm+30dB=20dBmIIP=OIP-G =20dBm-20dB=0dBm改善放大器與改善放大器與頻譜分析儀之頻譜分析儀之間

34、的阻抗匹配間的阻抗匹配來減小信號(hào)源的來減小信號(hào)源的諧波成分對(duì)測(cè)試諧波成分對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響結(jié)果的影響失真測(cè)試（三）放大器失真測(cè)試（三階交調(diào)測(cè)試） 接收機(jī)測(cè)試（寄生 功率精度） 1dB1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)失真測(cè)試（四） 可利用功率掃描 功能進(jìn)行測(cè)試1dB壓縮點(diǎn)比正弦波信號(hào)源更進(jìn)一步！PSG8257D模似信號(hào)源E4438C或PSG8267D 矢量信號(hào)源什么是調(diào)制？什么是調(diào)制？n調(diào)制的基本意思是修正或調(diào)整。在通信中，它意味著在發(fā)送信號(hào)前要對(duì)該信號(hào)作某種形式的變化。如果我們能將此變化與我們要發(fā)送的信息相關(guān)聯(lián)，并在接收端可靠地檢測(cè)出此變化，就有可能導(dǎo)出我們想要發(fā)送的原數(shù)據(jù)。n因此對(duì)任何調(diào)制都有兩項(xiàng)主要要求

35、信號(hào)信號(hào)特性的變化應(yīng)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并能可靠特性的變化應(yīng)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并能可靠檢測(cè)到這一改變檢測(cè)到這一改變。這兩項(xiàng)要求適用于任何調(diào)制，包括模擬模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制。n把信號(hào)調(diào)制到介質(zhì)有最好傳輸特性的頻段n改善局部帶寬的使用n無線電傳輸：減小天線的物尺寸 （f= 30 KHz = 10 Km）n在給定帶寬中實(shí)現(xiàn)多用戶的復(fù)用我們?yōu)槲覀優(yōu)槊匆M(jìn)么要進(jìn)調(diào)制？調(diào)制？調(diào)制種類（一）調(diào)制種類（一）n為了把信息信號(hào)（語音）放到載波信號(hào)上，我們可根據(jù)信息信號(hào)改變它的幅度、頻率或相位。n模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制間的差別在于信息信號(hào)。在這兩種方案中，改變的是載波信號(hào)的幅度、頻率或相位（或是其組合）。n在模擬調(diào)制模

36、擬調(diào)制中，載波參數(shù)按連續(xù)的模擬信息信號(hào)改變，n在數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制中，參數(shù)（幅度、頻率或相位）按離散的數(shù)字信息改變。調(diào)制種類（二）調(diào)制種類（二）I-Q I-Q （矢量）調(diào)制（矢量）調(diào)制n幅度 n相位 22IQtanQaI調(diào)制的趨勢(shì)調(diào)制的趨勢(shì)函數(shù)函數(shù) ( (波形波形) )信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器函數(shù)函數(shù) ( (波形波形) )信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 這一類混合信號(hào)源是為輸出具有模擬特點(diǎn)的波形而設(shè)計(jì)的，包括模擬波(如正弦波和三角形波)到“方形”波。這些波形因其合成原理而具有量化誤差具有量化誤差，但同時(shí)，它也因此而能夠模擬模擬“實(shí)際環(huán)境實(shí)際環(huán)境”信號(hào)信號(hào)所具有的不完美性。在通用混合信號(hào)源中，可以控制幅度、頻率

37、、相位及DC 偏移和上升時(shí)間與下降時(shí)間；可以生成過沖等畸變；可以增加邊沿抖動(dòng)、調(diào)制等等。nAFG任意函數(shù)發(fā)生器（ Aibitray Function Generator ）nAWG任意波形發(fā)生器（Aibitray Wave Generator）函數(shù) (波形)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生的信號(hào)n正弦波n方形波和矩形波n鋸齒形波和三角形波n步進(jìn)脈沖n合成波模擬調(diào)制信號(hào)、數(shù)字調(diào)制信號(hào)、脈寬調(diào)制信號(hào)和正交調(diào)制信號(hào)數(shù)字碼型和格式偽隨機(jī)碼流和字流主要波形技術(shù)指標(biāo)（一）對(duì)于AWG和AFG這一類“混合”信號(hào)源來說除了與正弦波信號(hào)源相類似的頻率、幅度等技術(shù)指標(biāo)外，根據(jù)其波形特點(diǎn)，還具有其它一些技術(shù)指標(biāo)： p上升時(shí)間和下降時(shí)

38、間p脈寬脈沖基本特點(diǎn)主要波形技術(shù)指標(biāo)（二）p偏移p差分信號(hào)與單端信號(hào)AFG任意函數(shù)發(fā)生器（一）p任意函數(shù)發(fā)生器(AFG)滿足了廣泛的激勵(lì)需求；事實(shí)上，它是當(dāng)前業(yè)內(nèi)流行的信號(hào)源結(jié)構(gòu)。一般來說，這種儀器提供的波形變化要低于同等的波形變化要低于同等的AWGAWG，但它具有杰出的穩(wěn)定穩(wěn)定性性及對(duì)頻率變化有快速響應(yīng)能力快速響應(yīng)能力。如果DUT 要求典型的正弦波和方形波(等等)及要求能夠在兩個(gè)頻率之間幾乎瞬時(shí)切換，那么任意函數(shù)發(fā)生器(AFG)就提供了這種能力。p另一個(gè)特點(diǎn)是任意函數(shù)發(fā)生器的成本很低成本很低，因此對(duì)不要求AWG 通用性的應(yīng)用極具吸引力。AFG 的許多功能與AWG 相同，但AFG AFG 在設(shè)

39、計(jì)上是一種專用性更強(qiáng)的儀器在設(shè)計(jì)上是一種專用性更強(qiáng)的儀器。AFG提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：它以標(biāo)準(zhǔn)形狀精確、捷變地生成穩(wěn)定的波形，特別是最重要的正弦波和方形波。AFG任意函數(shù)發(fā)生器（二）在過去，AFG使用模擬振蕩器和信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)生成輸出信號(hào)。最新的AFG 依賴直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)，確定將樣點(diǎn)讀出內(nèi)存的時(shí)鐘速率。p典型的AFG僅在內(nèi)存中存儲(chǔ)少量的波形類型存儲(chǔ)少量的波形類型。一般來說，正弦波和方形波是許多測(cè)試應(yīng)用使用最廣泛的波形。某些AFGs 則是混合設(shè)備，其提供了精確、捷變的基于DDS的正弦波和方形波；而其它波形則使用比較傳統(tǒng)的AWG技術(shù)生成。這是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，它通過最關(guān)鍵的功能實(shí)現(xiàn)了最高的性能。p盡管AFG不能和AWG一樣生成幾乎任何可以想象的波形，但AFG 可以生成世界各地的實(shí)驗(yàn)室、修理廠和設(shè)計(jì)部門中最常用的測(cè)試信號(hào)。此外，它提供了杰出的頻率捷變性。更重要的是，AFG 通常是一種非常經(jīng)濟(jì)的測(cè)試方式非常經(jīng)