測(cè)量用信號(hào)源第六章

1、第六章 測(cè)量用信號(hào)源6 .1 6 .1 引言引言6 .3 6 .3 數(shù)字頻率合成式信號(hào)發(fā)生器數(shù)字頻率合成式信號(hào)發(fā)生器6 .2 6 .2 頻率合成器頻率合成器6 .1 6 .1 信號(hào)源概述信號(hào)源概述一、信號(hào)源模型一、信號(hào)源模型 輸出電阻常輸出電阻常5050，7575，150150，600600等數(shù)值，有的信等數(shù)值，有的信號(hào)源還備有幾種輸出電阻可以切換，用戶可根據(jù)需要號(hào)源還備有幾種輸出電阻可以切換，用戶可根據(jù)需要選擇。選擇。 信號(hào)源的兩個(gè)輸出端均未接儀器底盤，這稱為信號(hào)源的輸出信號(hào)源的兩個(gè)輸出端均未接儀器底盤，這稱為信號(hào)源的輸出端是浮置的。如果輸出有一端接至底盤，并接至電源地線，則稱端是浮置的。如

2、果輸出有一端接至底盤，并接至電源地線，則稱為接地輸出。很多信號(hào)源能提供浮地輸出或接地輸出兩種方式供為接地輸出。很多信號(hào)源能提供浮地輸出或接地輸出兩種方式供用戶選擇。只需通過開關(guān)或跳線就可以在兩種方式中任意切換。用戶選擇。只需通過開關(guān)或跳線就可以在兩種方式中任意切換。輸出是否需要接地與應(yīng)用條件有關(guān)。若用信號(hào)激勵(lì)雙端均浮地的輸出是否需要接地與應(yīng)用條件有關(guān)。若用信號(hào)激勵(lì)雙端均浮地的電路，例如，差分電路，則信號(hào)源必須使用浮地輸出。電路，例如，差分電路，則信號(hào)源必須使用浮地輸出。 二、信號(hào)源的分類二、信號(hào)源的分類（一）按信號(hào)的基波頻率分類（一）按信號(hào)的基波頻率分類（1 1）超低頻信號(hào)源，頻率范圍為）超低

3、頻信號(hào)源，頻率范圍為0.00010.00011000hz1000hz；（2 2）低頻信號(hào)源，頻率范圍為）低頻信號(hào)源，頻率范圍為1hz1hz200khz200khz。其中使用。其中使用較多的為較多的為20hz20hz20khz20khz，這時(shí)又稱為間頻信號(hào)源；，這時(shí)又稱為間頻信號(hào)源；（3 3）視頻信號(hào)源，頻率范圍為）視頻信號(hào)源，頻率范圍為10hz10hz10mhz10mhz；（4 4）高頻信號(hào)源，頻率范圍為）高頻信號(hào)源，頻率范圍為200khz200khz30mhz30mhz，有一些，有一些信號(hào)源頻率略窄，例如，只有信號(hào)源頻率略窄，例如，只有3 330mhz30mhz，亦稱為高頻信號(hào)，亦稱為高頻信

4、號(hào)源；源；（5 5）甚高頻信號(hào)源，甚高頻又稱為特高頻，頻率范圍）甚高頻信號(hào)源，甚高頻又稱為特高頻，頻率范圍為為3030300mhz300mhz；（6 6）超高頻信號(hào)源，頻率范圍在）超高頻信號(hào)源，頻率范圍在300mhz300mhz以上。以上。（二）按信號(hào)的波形分類（二）按信號(hào)的波形分類 1 1正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器 2 2函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 函數(shù)發(fā)生器通常至少包含正弦波、方波和三角波三種函數(shù)發(fā)生器通常至少包含正弦波、方波和三角波三種波形。有些還包括正負(fù)鋸齒波（又稱斜波）、脈沖波、波形。有些還包括正負(fù)鋸齒波（又稱斜波）、脈沖波、階梯波等波形。其頻率上限通常不是太高，大多為幾十階梯波等波形。

5、其頻率上限通常不是太高，大多為幾十至上百至上百mhzmhz，有的還要更低。，有的還要更低。 由于任意形狀的信號(hào)均可分解為若干個(gè)正弦信號(hào)，由于任意形狀的信號(hào)均可分解為若干個(gè)正弦信號(hào)，并且電子系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是它的頻率并且電子系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是它的頻率響應(yīng)，因此正弦信號(hào)是比較重要的信號(hào)。有不少信號(hào)源響應(yīng)，因此正弦信號(hào)是比較重要的信號(hào)。有不少信號(hào)源就是專門產(chǎn)生正弦信號(hào)的，稱為正弦信號(hào)發(fā)生器。就是專門產(chǎn)生正弦信號(hào)的，稱為正弦信號(hào)發(fā)生器。 函數(shù)發(fā)生器信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種，一種和后面函數(shù)發(fā)生器信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種，一種和后面還要討論的任意波形發(fā)生器相同，即先存儲(chǔ)了波形量

6、化還要討論的任意波形發(fā)生器相同，即先存儲(chǔ)了波形量化后的數(shù)據(jù)值，再經(jīng)后的數(shù)據(jù)值，再經(jīng)dacdac輸出要求的信號(hào)；另一種先產(chǎn)生輸出要求的信號(hào)；另一種先產(chǎn)生一種波形，再變換為其它要求的波形。一種波形，再變換為其它要求的波形。由三角波產(chǎn)生方波和正弦波的方框圖由三角波產(chǎn)生方波和正弦波的方框圖 正弦波變換器正弦波變換器 在三角波為正電壓時(shí)，二極管在三角波為正電壓時(shí)，二極管d d1 1，d d2 2等逐次導(dǎo)通，當(dāng)?shù)戎鸫螌?dǎo)通，當(dāng)三角波變?yōu)樨?fù)電壓時(shí)，二極管三角波變?yōu)樨?fù)電壓時(shí)，二極管dd1 1，dd2 2等逐次導(dǎo)通。等逐次導(dǎo)通。每導(dǎo)通一個(gè)二極管，電阻每導(dǎo)通一個(gè)二極管，電阻r r與二極管支路構(gòu)成的分壓比與二極管支路

7、構(gòu)成的分壓比就發(fā)生變化，形成圖所示的非線性輸入就發(fā)生變化，形成圖所示的非線性輸入- -輸出特性，致輸出特性，致使輸入的三角波變成輸出的近似正弦波。使輸入的三角波變成輸出的近似正弦波。3 3掃頻信號(hào)發(fā)生器掃頻信號(hào)發(fā)生器 信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率可以是固定的或在一定范圍信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率可以是固定的或在一定范圍內(nèi)任意設(shè)置為某固定值，也可以是頻率在某頻率區(qū)間有內(nèi)任意設(shè)置為某固定值，也可以是頻率在某頻率區(qū)間有規(guī)律地掃動(dòng)，后者稱為掃頻信號(hào)源，簡(jiǎn)稱掃頻源。多數(shù)規(guī)律地掃動(dòng)，后者稱為掃頻信號(hào)源，簡(jiǎn)稱掃頻源。多數(shù)掃頻源是正弦信號(hào)的頻率掃動(dòng)，但也可以是方波、三角掃頻源是正弦信號(hào)的頻率掃動(dòng)，但也可以是方波、三角波等非

8、正弦信號(hào)的基波頻率在一定區(qū)間掃動(dòng)。波等非正弦信號(hào)的基波頻率在一定區(qū)間掃動(dòng)。4 4脈沖及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器脈沖及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器 脈沖信號(hào)發(fā)生器及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生矩形或基本脈沖信號(hào)發(fā)生器及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生矩形或基本是矩形的信號(hào)，但兩者也有一些差別。是矩形的信號(hào)，但兩者也有一些差別。 脈沖發(fā)生器產(chǎn)生重復(fù)頻率可以設(shè)定的脈沖信號(hào)，其脈脈沖發(fā)生器產(chǎn)生重復(fù)頻率可以設(shè)定的脈沖信號(hào)，其脈沖的幅度、寬度、極性、占空比、上升及下降時(shí)間等脈沖的幅度、寬度、極性、占空比、上升及下降時(shí)間等脈沖參數(shù)一般均可在一定范圍內(nèi)設(shè)置。脈沖發(fā)生器的輸出沖參數(shù)一般均可在一定范圍內(nèi)設(shè)置。脈沖發(fā)生器的輸出通道數(shù)目通常不太多。它既可用于模擬電

9、路又可用于數(shù)通道數(shù)目通常不太多。它既可用于模擬電路又可用于數(shù)字電路。字電路。 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器又稱數(shù)據(jù)發(fā)生器、圖形或模式數(shù)字信號(hào)發(fā)生器又稱數(shù)據(jù)發(fā)生器、圖形或模式（pattern）發(fā)生器，它主要用于數(shù)字電路測(cè)試中作為）發(fā)生器，它主要用于數(shù)字電路測(cè)試中作為激勵(lì)源或仿真數(shù)據(jù)信號(hào)，它通常都是多路的。激勵(lì)源或仿真數(shù)據(jù)信號(hào)，它通常都是多路的。5 5調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 調(diào)制信號(hào)被廣泛用于通信、傳輸和控制。它將語言、調(diào)制信號(hào)被廣泛用于通信、傳輸和控制。它將語言、數(shù)據(jù)、音樂及圖像等信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制被高頻數(shù)據(jù)、音樂及圖像等信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制被高頻電磁波或其他高頻信號(hào)電磁波或其他高頻信號(hào)“攜帶

10、攜帶”，以便遠(yuǎn)距離傳輸。攜，以便遠(yuǎn)距離傳輸。攜帶信號(hào)的高頻信號(hào)稱為載波，被載波攜帶的頻率較低的帶信號(hào)的高頻信號(hào)稱為載波，被載波攜帶的頻率較低的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。將調(diào)制信號(hào)加于載波的過程稱為調(diào)信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。將調(diào)制信號(hào)加于載波的過程稱為調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)制信號(hào)。不少信號(hào)源都能產(chǎn)制，調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)制信號(hào)。不少信號(hào)源都能產(chǎn)生已調(diào)制信號(hào)，稱為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。生已調(diào)制信號(hào)，稱為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。 6 6噪聲及偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器噪聲及偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器 7 7任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器（三）按是否采用頻率合成技術(shù)分類（三）按是否采用頻率合成技術(shù)分類 頻率合成技術(shù)是利用一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)基準(zhǔn)頻率信號(hào)

11、，頻率合成技術(shù)是利用一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)基準(zhǔn)頻率信號(hào)，產(chǎn)生往往是較多頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生往往是較多頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度均與基準(zhǔn)信號(hào)相同或相近。和頻率準(zhǔn)確度均與基準(zhǔn)信號(hào)相同或相近。（四）按其他特性分類（四）按其他特性分類三、信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)三、信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)（一）有關(guān)輸出信號(hào)頻率的技術(shù)指標(biāo)（一）有關(guān)輸出信號(hào)頻率的技術(shù)指標(biāo)1、輸出頻率相對(duì)誤差、輸出頻率相對(duì)誤差cccfffff0約定真值標(biāo)稱值:0cff2、頻率穩(wěn)定度、老化率和阿侖方差、頻率穩(wěn)定度、老化率和阿侖方差 頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，信號(hào)源在規(guī)定的頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，信號(hào)源在規(guī)

12、定的時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化，所以實(shí)際上是頻率時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化，所以實(shí)際上是頻率不穩(wěn)定度不穩(wěn)定度，它，它表征頻率源維持其工作于恒定頻率上的工作能力。表征頻率源維持其工作于恒定頻率上的工作能力。影響頻率穩(wěn)定度因素：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。影響頻率穩(wěn)定度因素：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 信號(hào)源廠商給出的頻率穩(wěn)定度所對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間為信號(hào)源廠商給出的頻率穩(wěn)定度所對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間為15min15min 24h24h。 測(cè)量頻率穩(wěn)定度具體方法：首先規(guī)定頻率變化對(duì)應(yīng)的測(cè)量頻率穩(wěn)定度具體方法：首先規(guī)定頻率變化對(duì)應(yīng)的時(shí)段時(shí)段 ，在大于或等于，在大于或等于 的時(shí)間的時(shí)間 內(nèi)，以明顯小于內(nèi)，以明顯小于 的的時(shí)間間隔時(shí)間間隔 測(cè)

13、出信號(hào)源的輸出頻率并繪出變化曲線。測(cè)出信號(hào)源的輸出頻率并繪出變化曲線。1t1t2t1tt頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度時(shí)段）在10minmax(tfff 衡量頻率穩(wěn)定程度時(shí)還常用到基本上只考慮系統(tǒng)誤衡量頻率穩(wěn)定程度時(shí)還常用到基本上只考慮系統(tǒng)誤差影響的老化率和基本上只考慮隨機(jī)誤差影響的阿侖方差影響的老化率和基本上只考慮隨機(jī)誤差影響的阿侖方差。差。老化率老化率 通常用一天內(nèi)的頻率平均漂移作為長期穩(wěn)定度的通常用一天內(nèi)的頻率平均漂移作為長期穩(wěn)定度的表征，叫做表征，叫做“日老化率日老化率”。用一天內(nèi)頻率平均漂移的。用一天內(nèi)頻率平均漂移的相對(duì)值表示。相對(duì)值表示。)24(0hffk阿侖（阿侖（allanallan）方

14、差）方差 阿侖（阿侖（allanallan）方差是反映頻率在很短時(shí)間內(nèi)變化的）方差是反映頻率在很短時(shí)間內(nèi)變化的常用指標(biāo)。由于考慮的時(shí)間間隔很短，以致系統(tǒng)誤差引常用指標(biāo)。由于考慮的時(shí)間間隔很短，以致系統(tǒng)誤差引起的頻率漂移可以忽略不計(jì)，所以它只考慮了頻率的隨起的頻率漂移可以忽略不計(jì)，所以它只考慮了頻率的隨機(jī)變化。機(jī)變化。 阿侖方差是討論阿侖方差是討論m m組相鄰測(cè)量時(shí)間為組相鄰測(cè)量時(shí)間為的頻率值之的頻率值之差異。期中每組都是在兩相鄰時(shí)間差異。期中每組都是在兩相鄰時(shí)間內(nèi)測(cè)得，因此又稱內(nèi)測(cè)得，因此又稱為雙取樣測(cè)量。其測(cè)量值分別為為雙取樣測(cè)量。其測(cè)量值分別為f fi1i1及及f fi2i2，其中，其中i

15、 i表示第表示第i i組，組，f fi1i1表示該組第一個(gè)時(shí)間表示該組第一個(gè)時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值，實(shí)際上是內(nèi)的測(cè)量值，實(shí)際上是第一個(gè)時(shí)間第一個(gè)時(shí)間內(nèi)頻率的平均值，內(nèi)頻率的平均值，f fi2i2是該組第二個(gè)時(shí)間是該組第二個(gè)時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值。根據(jù)第二章求方差估計(jì)值的公式（內(nèi)的測(cè)量值。根據(jù)第二章求方差估計(jì)值的公式（2-2-20a20a），代入條件），代入條件n=2n=2，可求得該組兩數(shù)據(jù)的方差估計(jì)值，可求得該組兩數(shù)據(jù)的方差估計(jì)值212221222112)(21)2()2()(iiiiiiiiifffffffffmfffmiiia2)(1)(12120 該方差越小，說明該組兩數(shù)據(jù)離散性越小，即時(shí)間該方差越小，

16、說明該組兩數(shù)據(jù)離散性越小，即時(shí)間頻率變化越小。但是討論頻率的隨機(jī)變化不能用一組數(shù)頻率變化越小。但是討論頻率的隨機(jī)變化不能用一組數(shù)據(jù)來說明，因此，定義阿侖方差為據(jù)來說明，因此，定義阿侖方差為m m組雙取樣方差平均組雙取樣方差平均值方根的相對(duì)值，即值方根的相對(duì)值，即（二）有關(guān)輸出幅度的技術(shù)指標(biāo)（二）有關(guān)輸出幅度的技術(shù)指標(biāo) 有關(guān)信號(hào)源輸出幅度的技術(shù)指標(biāo)最主要的是輸出幅度有關(guān)信號(hào)源輸出幅度的技術(shù)指標(biāo)最主要的是輸出幅度范圍和輸出幅度標(biāo)稱值的準(zhǔn)確程度。范圍和輸出幅度標(biāo)稱值的準(zhǔn)確程度。1、輸出幅度范圍、輸出幅度范圍 輸出幅度范圍是指信號(hào)源在保證波形失真度等技術(shù)輸出幅度范圍是指信號(hào)源在保證波形失真度等技術(shù)指標(biāo)

17、的情況下，輸出幅度的范圍。所給輸出的幅度應(yīng)在指標(biāo)的情況下，輸出幅度的范圍。所給輸出的幅度應(yīng)在規(guī)定負(fù)載阻抗下校準(zhǔn)。規(guī)定負(fù)載阻抗下校準(zhǔn)。 輸出幅度可以用規(guī)定負(fù)載上電壓絕對(duì)值表示，通?？奢敵龇瓤梢杂靡?guī)定負(fù)載上電壓絕對(duì)值表示，通?？砂捶逯?、峰按峰值、峰- -峰值、有效值等多種形式設(shè)置。輸出幅度也峰值、有效值等多種形式設(shè)置。輸出幅度也可用分貝電平表示，這時(shí)有功率電平和電壓電平兩種形可用分貝電平表示，這時(shí)有功率電平和電壓電平兩種形式，它們是以式，它們是以p p0 0或或v v0 0為基礎(chǔ)定義的，即為基礎(chǔ)定義的，即)(lg10)(lg1000dbvvdbppvp 輸出幅度標(biāo)稱值的準(zhǔn)確程度常用輸出幅度的絕對(duì)

18、誤差輸出幅度標(biāo)稱值的準(zhǔn)確程度常用輸出幅度的絕對(duì)誤差與標(biāo)稱值之比來衡量。亦可把這個(gè)比值轉(zhuǎn)化為用與標(biāo)稱值之比來衡量。亦可把這個(gè)比值轉(zhuǎn)化為用dbdb表示。表示。有些信號(hào)源還給出輸出衰減器或其他因素變化對(duì)幅度準(zhǔn)有些信號(hào)源還給出輸出衰減器或其他因素變化對(duì)幅度準(zhǔn)確程度的影響。確程度的影響。6.2 6.2 頻率合成器頻率合成器一、對(duì)頻率合成技術(shù)的要求一、對(duì)頻率合成技術(shù)的要求1、相位噪聲、相位噪聲 相位噪聲影響下的頻譜討論信號(hào)源的穩(wěn)定度。頻譜相位噪聲影響下的頻譜討論信號(hào)源的穩(wěn)定度。頻譜從從f f0 0向兩邊擴(kuò)展范圍越窄，譜值變化越陡，說明頻率穩(wěn)向兩邊擴(kuò)展范圍越窄，譜值變化越陡，說明頻率穩(wěn)定度越好?；蛘邠Q一種說

19、法，在基本堆成的頻譜內(nèi)，從定度越好?；蛘邠Q一種說法，在基本堆成的頻譜內(nèi)，從f f0 0向任意一端偏離某確定的頻率向任意一端偏離某確定的頻率f f，若對(duì)應(yīng)的頻譜值越，若對(duì)應(yīng)的頻譜值越小，說明相位噪聲越小，頻率穩(wěn)定度越好。小，說明相位噪聲越小，頻率穩(wěn)定度越好。 單邊帶相位噪聲：從頻域定義一個(gè)在噪聲影響下頻率單邊帶相位噪聲：從頻域定義一個(gè)在噪聲影響下頻率 短期穩(wěn)定度的指標(biāo)。指在一側(cè)邊帶短期穩(wěn)定度的指標(biāo)。指在一側(cè)邊帶 中，偏離載波中，偏離載波f f0 0一定頻率一定頻率f f，在，在1hz1hz 帶寬內(nèi)噪聲功率頻譜的積分與載波帶寬內(nèi)噪聲功率頻譜的積分與載波 加邊帶功率之和的比值。加邊帶功率之和的比值。

20、 由于相位噪聲的功率與載波功率相比是很小的，并由于相位噪聲的功率與載波功率相比是很小的，并從便于測(cè)量考慮，在實(shí)用中常將從便于測(cè)量考慮，在實(shí)用中常將“與載波加邊帶功率之與載波加邊帶功率之和的比值和的比值”改為改為“與載波功率之比與載波功率之比”，通常也用分貝為，通常也用分貝為單位，即單位，即)/(lg100hzdbcppsspnsnsspn單邊帶相位噪聲 psn在一側(cè)邊帶中偏離載波確定頻率處，在1hz帶寬內(nèi) 噪聲功率頻譜的積分 p0載波功率 2 2、諧波頻譜及雜散頻譜、諧波頻譜及雜散頻譜 諧波頻譜是指基波整數(shù)倍頻率處的頻譜；雜散頻譜諧波頻譜是指基波整數(shù)倍頻率處的頻譜；雜散頻譜是指諧波以外的離散頻

21、譜。諧波通常由于輸出信號(hào)為非是指諧波以外的離散頻譜。諧波通常由于輸出信號(hào)為非標(biāo)準(zhǔn)正弦波而產(chǎn)生；雜散王萬由于混頻、分頻及電源干標(biāo)準(zhǔn)正弦波而產(chǎn)生；雜散王萬由于混頻、分頻及電源干擾等因素產(chǎn)生。他們通常是把諧波或非諧波功率之和與擾等因素產(chǎn)生。他們通常是把諧波或非諧波功率之和與載波功率進(jìn)行比較，用載波功率進(jìn)行比較，用dbcdbc表示。有時(shí)需要考慮分諧波，表示。有時(shí)需要考慮分諧波，及基波的證書分之一頻率的功率之影響，也要測(cè)分諧波及基波的證書分之一頻率的功率之影響，也要測(cè)分諧波功率。值得注意的是諧波頻譜、雜散頻譜都是考慮離散功率。值得注意的是諧波頻譜、雜散頻譜都是考慮離散頻譜或離散頻譜之和，而相位噪聲的頻譜

22、是連續(xù)的。頻譜或離散頻譜之和，而相位噪聲的頻譜是連續(xù)的。3 3、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間時(shí)指信號(hào)源的輸出，從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間時(shí)指信號(hào)源的輸出，從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一頻率所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間越小，頻率轉(zhuǎn)換速度到另一頻率所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間越小，頻率轉(zhuǎn)換速度越快，因此有時(shí)也把頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間成為轉(zhuǎn)換越快，因此有時(shí)也把頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間成為轉(zhuǎn)換“速度速度”。通常頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒或微秒級(jí)的，這段時(shí)間對(duì)人工通常頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒或微秒級(jí)的，這段時(shí)間對(duì)人工手動(dòng)操作?？珊雎?，但對(duì)自動(dòng)測(cè)試，若不注意轉(zhuǎn)換時(shí)間手動(dòng)操作?？珊雎?，但對(duì)自動(dòng)測(cè)試，若不注意轉(zhuǎn)換時(shí)間則可能因未完成頻率轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致頻率錯(cuò)誤。因此

23、，頻率則可能因未完成頻率轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致頻率錯(cuò)誤。因此，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)可程控信號(hào)源是很重要的。轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)可程控信號(hào)源是很重要的。二、直接頻率合成技術(shù)二、直接頻率合成技術(shù)(第一階段）第一階段）1、直接頻率合成技術(shù)的過程、直接頻率合成技術(shù)的過程10分頻器分頻器混頻器混頻器m1011011011234567890mhz的基準(zhǔn)頻率mhz1諧諧波波發(fā)發(fā)生生器器mhz4mhz7mhz3mhz5mhz5.0mhz5.3mhz5.3mhz35.0mhz35.7mhz35.7mhz735.0mhz735.4mhz735.43m2m1m窄帶濾波器窄帶濾波器10分頻器分頻器混頻器混頻器m10110110112345678

24、90mhz的基準(zhǔn)頻率mhz1諧諧波波發(fā)發(fā)生生器器mhz4mhz7mhz3mhz5mhz5 .0mhz5 .3mhz5 .3mhz35.0mhz35.7mhz35.7mhz735.0mhz735.4mhz735.43m2m1m窄帶濾波器窄帶濾波器2、直接頻率合成技術(shù)的特點(diǎn)、直接頻率合成技術(shù)的特點(diǎn) 直接合成法的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，頻率轉(zhuǎn)換速度快，直接合成法的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，頻率轉(zhuǎn)換速度快，但是需要大量的混頻器、分頻器和窄帶濾波器，這樣，但是需要大量的混頻器、分頻器和窄帶濾波器，這樣，造成體積大，難以集成化，所以價(jià)格昂貴。但是，直接造成體積大，難以集成化，所以價(jià)格昂貴。但是，直接頻率合成切換頻率的速度快

25、，至今仍是一個(gè)特點(diǎn)。頻率合成切換頻率的速度快，至今仍是一個(gè)特點(diǎn)。三、鎖相合成技術(shù)三、鎖相合成技術(shù) (第二階段）第二階段）1、鎖相環(huán)的組成、鎖相環(huán)的組成相位比較器相位比較器pd：用來比較：用來比較pd兩個(gè)輸入信號(hào)（頻率分別兩個(gè)輸入信號(hào)（頻率分別為為 和和 ）的相位，其輸出電壓）的相位，其輸出電壓 比例比例 于兩信號(hào)的相位差，叫于兩信號(hào)的相位差，叫“誤差電壓誤差電壓”。ifofdvifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov壓控振蕩器，其振蕩頻率可用電壓控制，一般都利用壓控振蕩器，其振蕩頻率可用電壓控制，一般都利用 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管(變

26、容管變?nèi)莨?作為回路電容，這作為回路電容，這 樣，改變變?nèi)莨艿姆聪蚱珘海浣Y(jié)電容樣，改變變?nèi)莨艿姆聪蚱珘海浣Y(jié)電容 將改變，從而使振蕩頻率隨反向偏壓而將改變，從而使振蕩頻率隨反向偏壓而 變，故名變，故名“壓控壓控”振蕩器振蕩器ifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov環(huán)路濾波器：它是一個(gè)低通濾波器，用來濾掉相位比環(huán)路濾波器：它是一個(gè)低通濾波器，用來濾掉相位比 較器輸出的高頻成分和噪聲，以達(dá)到穩(wěn)較器輸出的高頻成分和噪聲，以達(dá)到穩(wěn) 定環(huán)路工作和改善環(huán)路性能的目的。定環(huán)路工作和改善環(huán)路性能的目的。ifivofofdvpdvco相位比較器相位

27、比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov2、鎖相合成法的原理、鎖相合成法的原理 在鎖相合成法中，輸入頻率在鎖相合成法中，輸入頻率 為基準(zhǔn)頻率為基準(zhǔn)頻率 即即 。鎖相環(huán)開始工作時(shí)，。鎖相環(huán)開始工作時(shí)，vco的固有輸出信的固有輸出信號(hào)頻率號(hào)頻率 (即開環(huán)時(shí)即開環(huán)時(shí)vco自由振蕩頻率自由振蕩頻率)總是不等于基準(zhǔn)總是不等于基準(zhǔn)信號(hào)頻率信號(hào)頻率 , 即存在固有頻差即存在固有頻差 則兩個(gè)信號(hào)則兩個(gè)信號(hào) 和和 之間的相位差將隨時(shí)間變化。之間的相位差將隨時(shí)間變化。ifriff ofrfrofffovivifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低

28、通濾波器ov相位比較器將這個(gè)相位差變化鑒出，即輸出與之相應(yīng)相位比較器將這個(gè)相位差變化鑒出，即輸出與之相應(yīng) 的誤差電壓的誤差電壓 ， 通過環(huán)路濾波器加到通過環(huán)路濾波器加到vco上。上。dvifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ovdv vco受誤差電壓控制，其輸出頻率朝著減小受誤差電壓控制，其輸出頻率朝著減小 固有頻差的方向變化，即固有頻差的方向變化，即 向向 靠攏，這叫靠攏，這叫 “頻率牽引頻率牽引”現(xiàn)象。在一定條件下，環(huán)路通過頻率現(xiàn)象。在一定條件下，環(huán)路通過頻率牽牽 引，引， 愈來愈接近愈來愈接近 ，直至，直至 ，環(huán)路進(jìn)入所，環(huán)路進(jìn)

29、入所 謂謂“鎖定鎖定”狀態(tài)。狀態(tài)。ifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ovrofffofrfofrfroff 環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的上述過程，稱為鎖相環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的上述過程，稱為鎖相 環(huán)的環(huán)的捕捉過程捕捉過程。鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)的一個(gè)基本特性。鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)的一個(gè)基本特性 是，輸入信號(hào)是，輸入信號(hào) 和和vco輸出信號(hào)輸出信號(hào) 之間只存在一個(gè)之間只存在一個(gè) 穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差。鎖相合成法正是利用穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差。鎖相合成法正是利用 鎖相環(huán)的這一特性，把鎖相環(huán)的這一特性，把vco的輸出頻率穩(wěn)定在

30、基準(zhǔn)頻的輸出頻率穩(wěn)定在基準(zhǔn)頻 率上。率上。ivovifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov3、鎖相合成技術(shù)的特點(diǎn)、鎖相合成技術(shù)的特點(diǎn) 鎖相合成法克服了直接合成法的許多缺點(diǎn)，特別是鎖相合成法克服了直接合成法的許多缺點(diǎn)，特別是集成技術(shù)的發(fā)展，使鎖相合成法的優(yōu)點(diǎn)集成技術(shù)的發(fā)展，使鎖相合成法的優(yōu)點(diǎn)體積小、功體積小、功耗小、價(jià)廉，且適合大規(guī)模生產(chǎn)更為突出，從而在頻率耗小、價(jià)廉，且適合大規(guī)模生產(chǎn)更為突出，從而在頻率合成中獲得廣泛應(yīng)用。由于鎖相式額率合成具有極寬的合成中獲得廣泛應(yīng)用。由于鎖相式額率合成具有極寬的頻率范圍和十分良好的寄生信號(hào)抑制特性

31、，從而輸出頻頻率范圍和十分良好的寄生信號(hào)抑制特性，從而輸出頻譜純度很高譜純度很高(密寄輸出可優(yōu)于密寄輸出可優(yōu)于140 db)，而且輸出頻率，而且輸出頻率易于用微機(jī)控制，鎖相技術(shù)在頻率合成器中的應(yīng)用至今易于用微機(jī)控制，鎖相技術(shù)在頻率合成器中的應(yīng)用至今仍占重要地位。仍占重要地位。四、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（四、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（ddfs) ddfs標(biāo)志著頻率合成技術(shù)進(jìn)入第三階段，標(biāo)志著頻率合成技術(shù)進(jìn)入第三階段，ddfs的主要特點(diǎn)是采用計(jì)算技術(shù)和微計(jì)算機(jī)參與頻率合成。的主要特點(diǎn)是采用計(jì)算技術(shù)和微計(jì)算機(jī)參與頻率合成。ddfs的優(yōu)點(diǎn)是極易實(shí)現(xiàn)頻率和相位控制，且切換時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)是極易實(shí)現(xiàn)頻率和相位控制，且

32、切換時(shí)間快，尤其適用于合成任意波形?？?，尤其適用于合成任意波形。五、有關(guān)鎖相環(huán)的基本概念五、有關(guān)鎖相環(huán)的基本概念1、鎖相環(huán)的跟蹤特性、鎖相環(huán)的跟蹤特性ifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov 當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，vco的輸出頻率的輸出頻率(也稱環(huán)路輸出頻也稱環(huán)路輸出頻率率) 等于環(huán)路輸入頻率等于環(huán)路輸入頻率 ，環(huán)路輸出頻率可以指明，環(huán)路輸出頻率可以指明地跟蹤上輸入頻率的變化，這就是環(huán)路的地跟蹤上輸入頻率的變化，這就是環(huán)路的跟蹤特性跟蹤特性，所，所以環(huán)路的鎖定狀態(tài)又稱跟蹤狀態(tài)或同步狀態(tài)。以環(huán)路的鎖定狀態(tài)又稱跟蹤狀態(tài)或同步狀態(tài)。

33、ofif2、同步帶寬、同步帶寬 當(dāng)輸入頻率當(dāng)輸入頻率 變化超過一定范圍變化超過一定范圍(即固有頻差的即固有頻差的 大小大小 超過一定值超過一定值)，輸出頻率，輸出頻率 不再能跟不再能跟蹤輸入頻率蹤輸入頻率 的變化，這時(shí)環(huán)路將的變化，這時(shí)環(huán)路將“失鎖失鎖”。在環(huán)。在環(huán)路保持鎖定的條件下，我們把輸入頻率所允許的最大路保持鎖定的條件下，我們把輸入頻率所允許的最大變化范圍定義為變化范圍定義為同步帶寬同步帶寬。rofffifofififivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov 在鎖相合成法中，輸入頻率是基準(zhǔn)頻率在鎖相合成法中，輸入頻率是基準(zhǔn)頻率

34、，相對(duì)于，相對(duì)于輸出頻率輸出頻率 ，可認(rèn)為，可認(rèn)為 不變，那么同步帶寬可理解為，不變，那么同步帶寬可理解為，在環(huán)路保持鎖定的條件下，在環(huán)路保持鎖定的條件下，vco頻率頻率 允許變化的最大允許變化的最大范圍。由此可知，若環(huán)路的同步帶寬較寬，那么即使范圍。由此可知，若環(huán)路的同步帶寬較寬，那么即使vco本身的頻率穩(wěn)定度不太高，也可通過環(huán)路的作用把本身的頻率穩(wěn)定度不太高，也可通過環(huán)路的作用把vco的輸出頻率穩(wěn)定在基準(zhǔn)頻率同一量級(jí)。的輸出頻率穩(wěn)定在基準(zhǔn)頻率同一量級(jí)。ifivofofdvpdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov3、同步帶寬的作用、同步帶寬的作用表征

35、環(huán)路跟蹤性能的重要參數(shù)表征環(huán)路跟蹤性能的重要參數(shù)rfofrfof4、相環(huán)的捕捉與捕捉帶寬、相環(huán)的捕捉與捕捉帶寬 鎖相環(huán)在失鎖狀態(tài)時(shí)有固有頻差鎖相環(huán)在失鎖狀態(tài)時(shí)有固有頻差 ，若，若調(diào)諧調(diào)諧vco的輸出頻率的輸出頻率 ，使它逐漸向基準(zhǔn)額率，使它逐漸向基準(zhǔn)額率 靠靠近，即減小固有頻差近，即減小固有頻差 ，只有當(dāng)固有頻差減，只有當(dāng)固有頻差減小到一定值，環(huán)路才能從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。環(huán)路小到一定值，環(huán)路才能從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。環(huán)路最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許的固有額差最大允許的固有額差，叫，叫做做“捕捉帶寬捕捉帶寬”。rofffofrfrofffifivofofdv

36、pdvco相位比較器相位比較器壓控振蕩器壓控振蕩器環(huán)路低通濾波器環(huán)路低通濾波器ov5、捕捉過程、捕捉過程 環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程稱捕捉過程。環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程稱捕捉過程。只要固有頻差只要固有頻差 小于環(huán)路的捕捉帶寬，那么通過捕捉，小于環(huán)路的捕捉帶寬，那么通過捕捉，環(huán)路總能進(jìn)入鎖定，當(dāng)然捕捉過程是需要一定時(shí)間。一環(huán)路總能進(jìn)入鎖定，當(dāng)然捕捉過程是需要一定時(shí)間。一般鎖相環(huán)的捕捉過程可分成兩個(gè)階段：頻率牽引階段和般鎖相環(huán)的捕捉過程可分成兩個(gè)階段：頻率牽引階段和快捕階段。快捕階段。f鎖定鎖定頻率牽引階段頻率牽引階段快捕快捕)(tforfofofofofofoft0t6、鎖相環(huán)的窄

37、帶濾波特性、鎖相環(huán)的窄帶濾波特性 鎖相環(huán)只允許在輸入頻率鎖相環(huán)只允許在輸入頻率 附近的頻率成分通過，附近的頻率成分通過，而阻止遠(yuǎn)離而阻止遠(yuǎn)離 頻率成分通過。所以，鎖相環(huán)具有窄帶頻率成分通過。所以，鎖相環(huán)具有窄帶濾波特性，鎖相環(huán)的這一特性是十分重要的。濾波特性，鎖相環(huán)的這一特性是十分重要的。ifif7、鎖相環(huán)中引入環(huán)路濾波器的目的、鎖相環(huán)中引入環(huán)路濾波器的目的 可濾除相位比較器輸出的高頻成分與噪聲?？蔀V除相位比較器輸出的高頻成分與噪聲。 可改善鎖相環(huán)的性能，并在設(shè)計(jì)上帶來靈活性?？筛纳奇i相環(huán)的性能，并在設(shè)計(jì)上帶來靈活性。六、鎖相環(huán)的幾種基本形式六、鎖相環(huán)的幾種基本形式1、混頻式鎖相環(huán)、混頻式鎖相

38、環(huán)混頻器混頻器m（）（）pd1ifvco石英振蕩器石英振蕩器內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器22vfi1ioff dvof21iiofff調(diào)諧2if12ioifff朝著朝著 的方向牽引。的方向牽引。 2、倍頻式鎖相環(huán)、倍頻式鎖相環(huán)輸出ifvco石英振蕩器ionffpd脈沖形成電路 脈沖控制環(huán)脈沖控制環(huán)脈沖控制環(huán)的基本形式 加到相位比較器的輸入信號(hào)是重復(fù)頻率等于基準(zhǔn)頻加到相位比較器的輸入信號(hào)是重復(fù)頻率等于基準(zhǔn)頻率的窄脈沖，而不是正弦被。率的窄脈沖，而不是正弦被。vco被鎖定在基準(zhǔn)信號(hào)的被鎖定在基準(zhǔn)信號(hào)的高次諧波上，即當(dāng)環(huán)路鎖定后高次諧波上，即當(dāng)環(huán)路鎖定后 ，基準(zhǔn)頻率由石，基準(zhǔn)頻率由石英振蕩器產(chǎn)生，并經(jīng)過脈沖

39、形成電路形成脈沖。英振蕩器產(chǎn)生，并經(jīng)過脈沖形成電路形成脈沖。ionff 脈沖控制環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠利用最簡(jiǎn)單的電路來脈沖控制環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠利用最簡(jiǎn)單的電路來實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)百次，甚至千次以上的倍頻，而且只要調(diào)諧實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)百次，甚至千次以上的倍頻，而且只要調(diào)諧的固有頻率就可十分方便地改變倍頻系數(shù)的固有頻率就可十分方便地改變倍頻系數(shù) n。由于脈沖。由于脈沖控制環(huán)的這些優(yōu)點(diǎn)，我們可利用這種倍頻環(huán)來得到頻率控制環(huán)的這些優(yōu)點(diǎn)，我們可利用這種倍頻環(huán)來得到頻率范圍很寬的離散的輸出頻率。范圍很寬的離散的輸出頻率。輸出ifvco石英振蕩器ionffpd脈沖形成電路輸出ifvcoionffpdnnfo分頻器數(shù)字倍頻

40、環(huán)的基本形式 數(shù)字倍頻環(huán)數(shù)字倍頻環(huán)nffoi改變數(shù)字分頻器的分頻系數(shù)，可以改變倍頻系數(shù)改變數(shù)字分頻器的分頻系數(shù)，可以改變倍頻系數(shù) n。3、分頻式鎖相環(huán)、分頻式鎖相環(huán)輸出ifvcopdonfoinff nffio脈沖控制環(huán)數(shù)字環(huán)輸出ifvcopdonfoinff nffion4、多環(huán)合成單元、多環(huán)合成單元 雙環(huán)合成單元由一個(gè)倍頻環(huán)雙環(huán)合成單元由一個(gè)倍頻環(huán) 和一個(gè)加法混頻和一個(gè)加法混頻環(huán)環(huán) 組成。從混頻環(huán)組成。從混頻環(huán) 的的vco ( 9 ) 輸出的頻率為輸出的頻率為12221iiofnff基準(zhǔn)頻率內(nèi)插振蕩器（11）的振蕩頻率)1 (khzfnffiio5100340021vcopdkhzfi10

41、11infpd1infvco)2()3()4()5()6()7()8()9()10()11(khzfi1101002同軸21 雙環(huán)合成單元由雙環(huán)合成單元由一個(gè)倍頻環(huán)一個(gè)倍頻環(huán) 和一和一個(gè)加法混頻環(huán)個(gè)加法混頻環(huán) 組組成。成。12 調(diào)諧倍頻環(huán)的調(diào)諧倍頻環(huán)的vco(3)固有頻率，使之鎖定在固有頻率，使之鎖定在 的的n次諧波上，因此改變倍頻系數(shù)次諧波上，因此改變倍頻系數(shù)n及調(diào)諧及調(diào)諧 ，即可實(shí)兩，即可實(shí)兩個(gè)鎖定點(diǎn)之間的連續(xù)可調(diào)。個(gè)鎖定點(diǎn)之間的連續(xù)可調(diào)。1if2if 工作在混頻環(huán)和倍頻環(huán)中的工作在混頻環(huán)和倍頻環(huán)中的vco，它們的可變電，它們的可變電容器是同軸統(tǒng)調(diào)的，當(dāng)調(diào)諧容器是同軸統(tǒng)調(diào)的，當(dāng)調(diào)諧vco(

42、3)的頻率從一個(gè)鎖定的頻率從一個(gè)鎖定點(diǎn)到另一個(gè)鎖定點(diǎn)的同時(shí)，可使點(diǎn)到另一個(gè)鎖定點(diǎn)的同時(shí)，可使vco(9)的固有振蕩頻的固有振蕩頻率作相應(yīng)改變，以進(jìn)入混頻環(huán)的捕捉帶內(nèi)。率作相應(yīng)改變，以進(jìn)入混頻環(huán)的捕捉帶內(nèi)。雙環(huán)合成單元雙環(huán)合成單元1010vcopd3mhz12f1fkhzfi101khzfi1003khzf34002khzf510034001khzfo170005、應(yīng)用舉例、應(yīng)用舉例主混頻器三、小數(shù)分頻式鎖相環(huán)三、小數(shù)分頻式鎖相環(huán) 如果允許頻率不連續(xù)可調(diào)，只要頻率分辨力好，可如果允許頻率不連續(xù)可調(diào)，只要頻率分辨力好，可輸出的頻率間隔足夠小，也是非常有用的。因此，如何輸出的頻率間隔足夠小，也是非常

43、有用的。因此，如何提高頻率分辨力一直是頻率合成器研究的重要課題。提高頻率分辨力一直是頻率合成器研究的重要課題。 例如例如 i i=100khz=100khz，若只用單個(gè)倍頻環(huán)分辨力亦為，若只用單個(gè)倍頻環(huán)分辨力亦為100khz100khz。若采用圖。若采用圖4-174-17的電路，取的電路，取n n2 2=18=18，n n1 1=9=9，則，則 0 0=1890khz=1890khz，可把分辨力提高到，可把分辨力提高到10khz10khz。為了進(jìn)一步提高。為了進(jìn)一步提高頻率分辨力，則需用類似方法把多個(gè)鎖相環(huán)級(jí)聯(lián)起來，頻率分辨力，則需用類似方法把多個(gè)鎖相環(huán)級(jí)聯(lián)起來，這將使電路過于龐雜。若要求得到

44、這將使電路過于龐雜。若要求得到1hz1hz的分辨力，采用的分辨力，采用上述傳統(tǒng)的分頻和混頻方法，其復(fù)雜程度是難以想像的，上述傳統(tǒng)的分頻和混頻方法，其復(fù)雜程度是難以想像的，可以認(rèn)為實(shí)際上是難于實(shí)現(xiàn)的。可以認(rèn)為實(shí)際上是難于實(shí)現(xiàn)的。 小數(shù)分頻鎖相環(huán)中的小數(shù)分頻器是在微處理器控制小數(shù)分頻鎖相環(huán)中的小數(shù)分頻器是在微處理器控制下工作的。實(shí)際上數(shù)字分頻器每次分頻的分頻系數(shù)都是下工作的。實(shí)際上數(shù)字分頻器每次分頻的分頻系數(shù)都是整數(shù)，所謂小數(shù)分頻只是一種平均的效果。整數(shù)，所謂小數(shù)分頻只是一種平均的效果。 若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分也有小數(shù)部分，其整數(shù)部若希望分頻系數(shù)有整數(shù)部分也有小數(shù)部分，其整數(shù)部分為分為n n，小

45、數(shù)部分為，小數(shù)部分為k k，小數(shù)部分的位數(shù)為，小數(shù)部分的位數(shù)為n n，則需要進(jìn)，則需要進(jìn)行行k k次（次（n+1n+1）分頻，（）分頻，（1010n n -k -k）次）次n n分頻并循環(huán)進(jìn)行即可，分頻并循環(huán)進(jìn)行即可，每次循環(huán)總的分頻次數(shù)為每次循環(huán)總的分頻次數(shù)為1010n n次。例如，想得到次。例如，想得到18.918.9次分次分頻，只要進(jìn)行頻，只要進(jìn)行9 9次次1919分頻，分頻，10101 1-9=1-9=1次次1818分頻，則平均分分頻，則平均分頻系數(shù)為（頻系數(shù)為（19199+189+181 1）/ /（9+19+1）=18.9=18.9。又如，要求。又如，要求分頻系數(shù)為分頻系數(shù)為41.

46、2841.28，則取，則取2828次次4242分頻，（分頻，（10102 2-28-28）=72=72次次4141分頻即可獲得平均分頻系數(shù)為分頻即可獲得平均分頻系數(shù)為41.2841.28。 既然小數(shù)分頻器中存在（既然小數(shù)分頻器中存在（n+1n+1）及）及n n兩種分頻，而且每兩種分頻，而且每種分頻都可能進(jìn)行很多次，那么就應(yīng)該設(shè)法把兩種分頻種分頻都可能進(jìn)行很多次，那么就應(yīng)該設(shè)法把兩種分頻混合均勻，而不要在一段時(shí)間內(nèi)都是（混合均勻，而不要在一段時(shí)間內(nèi)都是（n+1n+1）分頻，而）分頻，而在另一段時(shí)間都是在另一段時(shí)間都是n n分頻，以免對(duì)應(yīng)的輸出頻率不均勻。分頻，以免對(duì)應(yīng)的輸出頻率不均勻。這種這種“

47、摻勻摻勻”的工作是在微處理器控制下完成的。的工作是在微處理器控制下完成的。6.3 6.3 直接數(shù)字頻率合成及任意波形發(fā)生器直接數(shù)字頻率合成及任意波形發(fā)生器 利用數(shù)字集成電路和計(jì)算技術(shù)的直接數(shù)字頻率合成利用數(shù)字集成電路和計(jì)算技術(shù)的直接數(shù)字頻率合成（ddfsddfs或或ddsdds）是頻率合成器的重要發(fā)展方向，其推廣）是頻率合成器的重要發(fā)展方向，其推廣應(yīng)用速度也很快。在應(yīng)用速度也很快。在ddfsddfs基礎(chǔ)上發(fā)展起來的任意波形發(fā)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的任意波形發(fā)生器（生器（awgawg）或稱任意函數(shù)發(fā)生器（）或稱任意函數(shù)發(fā)生器（afgafg）已成為電類和）已成為電類和非電類測(cè)量的重要儀器。非電類測(cè)量的重要

48、儀器。一、直接數(shù)字頻率合成一、直接數(shù)字頻率合成 直接數(shù)字頻率合成的基本思想直接數(shù)字頻率合成的基本思想: :把需要的波形先量化把需要的波形先量化為足夠多采樣點(diǎn)的數(shù)字量，存儲(chǔ)于波形存儲(chǔ)器中。在需為足夠多采樣點(diǎn)的數(shù)字量，存儲(chǔ)于波形存儲(chǔ)器中。在需要輸出信號(hào)時(shí)，將數(shù)字量從存儲(chǔ)器中讀出，經(jīng)要輸出信號(hào)時(shí)，將數(shù)字量從存儲(chǔ)器中讀出，經(jīng)dacdac變成模變成模擬量，按一定速率輸出。擬量，按一定速率輸出。 （一）（一）ddfsddfs的工作原理的工作原理 目前常用的方法是不改變輸出時(shí)鐘的周期，而改變目前常用的方法是不改變輸出時(shí)鐘的周期，而改變每個(gè)輸出波形的輸出點(diǎn)數(shù)。當(dāng)時(shí)鐘周期不變時(shí)，如果輸每個(gè)輸出波形的輸出點(diǎn)數(shù)。當(dāng)

49、時(shí)鐘周期不變時(shí)，如果輸出一周信號(hào)所用點(diǎn)數(shù)減小一倍時(shí)，則輸出信號(hào)的周期也出一周信號(hào)所用點(diǎn)數(shù)減小一倍時(shí)，則輸出信號(hào)的周期也減少一倍，即頻率增加一倍，如圖所示。減少一倍，即頻率增加一倍，如圖所示。 在波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了待輸出波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些在波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了待輸出波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)合稱檢索表，它通常與輸出波形的一個(gè)周期相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)合稱檢索表，它通常與輸出波形的一個(gè)周期相對(duì)應(yīng)。在需要輸出波形時(shí)，應(yīng)依次或按一定間隔尋址波形存儲(chǔ)在需要輸出波形時(shí)，應(yīng)依次或按一定間隔尋址波形存儲(chǔ)器地址，取出所存波形幅度數(shù)據(jù)碼，經(jīng)器地址，取出所存波形幅度數(shù)據(jù)碼，經(jīng)dacdac輸出。因各輸輸出。因各輸出點(diǎn)間數(shù)據(jù)不變，

50、也就是說輸出波形是階梯形的。因此，出點(diǎn)間數(shù)據(jù)不變，也就是說輸出波形是階梯形的。因此，在在dacdac后面要加低通濾波器加以平滑。后面要加低通濾波器加以平滑。典型直接數(shù)字頻率合成法原理框圖典型直接數(shù)字頻率合成法原理框圖（二）（二）ddfsddfs的頻率分辨力和輸出頻率的頻率分辨力和輸出頻率 在不少在不少ddfsddfs型頻率合成器中，不用相位碼而用相位碼型頻率合成器中，不用相位碼而用相位碼高位做為波形存儲(chǔ)器地址，這主要是為了進(jìn)一步提高頻高位做為波形存儲(chǔ)器地址，這主要是為了進(jìn)一步提高頻率分辨力。如果相位碼的位數(shù)為率分辨力。如果相位碼的位數(shù)為n n，輸出時(shí)鐘的頻率為，輸出時(shí)鐘的頻率為 clkclk，

51、則頻率分辨力為，則頻率分辨力為nclkff2式中式中頻率分辨力；頻率分辨力； clkclklwlw輸出時(shí)鐘頻率；輸出時(shí)鐘頻率；n n相位碼位數(shù)。相位碼位數(shù)。 相位碼數(shù)除了影響頻率分辨力外，還影響輸出頻率相位碼數(shù)除了影響頻率分辨力外，還影響輸出頻率nclkokff2式中式中 0 0輸出頻率；輸出頻率；kk相位碼遞增值，為正整數(shù)；相位碼遞增值，為正整數(shù)； clkclk輸出時(shí)鐘頻率；輸出時(shí)鐘頻率；n n相位碼位數(shù)。相位碼位數(shù)。 ddfs ddfs波形存儲(chǔ)實(shí)例，該例中相位碼有波形存儲(chǔ)實(shí)例，該例中相位碼有4848位，但它的波位，但它的波形存儲(chǔ)器容量（地址）只有形存儲(chǔ)器容量（地址）只有1414位，對(duì)應(yīng)位，

52、對(duì)應(yīng)1638416384個(gè)地址，這個(gè)地址，這對(duì)波形的分辨來說已經(jīng)夠細(xì)了。每個(gè)波形存儲(chǔ)單元有對(duì)波形的分辨來說已經(jīng)夠細(xì)了。每個(gè)波形存儲(chǔ)單元有1212位，對(duì)應(yīng)的量化級(jí)有位，對(duì)應(yīng)的量化級(jí)有40964096個(gè)，幅度分辨也夠細(xì)了。由圖個(gè)，幅度分辨也夠細(xì)了。由圖可見，波形存儲(chǔ)器地址與所存波形的相位一一對(duì)應(yīng)，所可見，波形存儲(chǔ)器地址與所存波形的相位一一對(duì)應(yīng)，所存數(shù)據(jù)則與幅值相對(duì)應(yīng)。只有相位碼高位變化時(shí)，波形存數(shù)據(jù)則與幅值相對(duì)應(yīng)。只有相位碼高位變化時(shí)，波形存儲(chǔ)器的地址才會(huì)變化，但相位碼位數(shù)的提高卻改善了存儲(chǔ)器的地址才會(huì)變化，但相位碼位數(shù)的提高卻改善了頻率分辨力并有利于輸出頻率在更寬的范圍內(nèi)變化。頻率分辨力并有利于輸出頻率在更寬的范圍內(nèi)變化。二、任意波形發(fā)生器二、任意波形發(fā)生器（一）對(duì)任意波形發(fā)生器的需求日益迫切（一）對(duì)任意波形發(fā)生器的需求日益迫切（二）任意波形產(chǎn)生器的常用技術(shù)指標(biāo)（二）任意波形產(chǎn)生器的常用技術(shù)指標(biāo) 1最高采樣率最高采樣率2.幅度分辨率幅度分辨率3波形存儲(chǔ)器容量波形存儲(chǔ)器容量4通道數(shù)目通道數(shù)目（三）建立任意波形數(shù)據(jù)的常用方法（三）建立任意波形數(shù)據(jù)的常用方法1給出波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式給出波形