第4章測量用信號源

1、電電子子測測量量技技術(shù)術(shù)第第4章測量用信號源章測量用信號源Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容信號發(fā)生器的作用與分類信號發(fā)生器的作用與分類通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器信號發(fā)生器性能指標(biāo)信號發(fā)生器性能指標(biāo)信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)第第4 4章章 測量用信號源測量用信號源Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 信號產(chǎn)生直接決定測試技術(shù)及電子裝備的水平信號產(chǎn)生直接決定測試技術(shù)及電子裝備的水平 信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生和信號分析并列為測試技術(shù)和電子系統(tǒng)的兩大核心

2、和信號分析并列為測試技術(shù)和電子系統(tǒng)的兩大核心 信號 產(chǎn)生 信號 傳輸 信號 接收 信號 處理 1 概述概述Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1 信號源在自動測試中的作用信號源在自動測試中的作用典型的自動測試系統(tǒng)典型的自動測試系統(tǒng)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 信號( 信號是可以以某種方式感知的客觀現(xiàn)象( 信號可以按照其物理和數(shù)學(xué)特征分類( 信號具備可以被感知和描述的特征( 信號可以提供或探索信息( 信號發(fā)生器是信號的產(chǎn)生裝置物 理 特 征 分 類聲信號聲信號聲信號聲信號聲信號聲信號光信號光信號光信

3、號光信號光信號光信號電信號電信號電信號電信號電信號電信號數(shù) 學(xué) 特 征 分 類正弦信號正弦信號正弦信號正弦信號正弦信號正弦信號脈沖信號脈沖信號脈沖信號脈沖信號脈沖信號脈沖信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號信息信息Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 大多數(shù)電路要求某種幅度隨時(shí)間變化的大多數(shù)電路要求某種幅度隨時(shí)間變化的輸入信號輸入信號提供特定參數(shù)的電測試參數(shù)的儀器提供特定參數(shù)的電測試參數(shù)的儀器信號發(fā)生器信號發(fā)生器電子測量中最基本、應(yīng)用電子測量中最基本、應(yīng)用最廣的電子測量儀器之一最廣的電子測量儀器之一作用作用分類分類鎖相環(huán)技術(shù)鎖相環(huán)技術(shù)

4、頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)語音信號如何傳送到很遠(yuǎn)的地方？手機(jī)、收音機(jī)選臺本質(zhì)上是調(diào)節(jié)什么？Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1 1、信號發(fā)生器的作用、信號發(fā)生器的作用 作激勵源作激勵源 作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。 信號仿真信號仿真 在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境相同特在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境相同特性的信號，如對干擾信號進(jìn)行仿真。性的信號，如對干擾信號進(jìn)行仿真。 校準(zhǔn)源校準(zhǔn)源 產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于對一般信號源進(jìn)行校對。產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于對一般信號源進(jìn)行校對。 在音頻信號的作用下，揚(yáng)聲器發(fā)聲；在音頻

5、信號的作用下，揚(yáng)聲器發(fā)聲；在電視信號的作用下顯示屏呈現(xiàn)圖像在電視信號的作用下顯示屏呈現(xiàn)圖像飛機(jī)測試過程中，用噪聲信號、干擾信號來仿真模擬飛機(jī)測試過程中，用噪聲信號、干擾信號來仿真模擬實(shí)際飛行過程中氣流、雷擊等情況下的反應(yīng)實(shí)際飛行過程中氣流、雷擊等情況下的反應(yīng)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 信號源的作用信號源的作用輸輸 入入激激 勵勵信信號號發(fā)發(fā)生生器器被被測測設(shè)設(shè)備備測測試試儀儀器器輸輸 出出響響 應(yīng)應(yīng)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 2 2、信號發(fā)生器的分類、信號發(fā)生器的分類 按用途分按用途分

6、專用專用-電視信號發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀電視信號發(fā)生器、電平振蕩器、誤碼儀 通用通用-產(chǎn)生正弦波等通用波形產(chǎn)生正弦波等通用波形 按應(yīng)用分按應(yīng)用分 混合混合-任意波形發(fā)生器、任意任意波形發(fā)生器、任意/ /函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 邏輯邏輯-脈沖發(fā)生器、碼型發(fā)生器脈沖發(fā)生器、碼型發(fā)生器 按波形按波形 特性分特性分 正弦正弦-脈沖脈沖-函數(shù)函數(shù)-產(chǎn)生函數(shù)通用波形產(chǎn)生函數(shù)通用波形 噪聲噪聲-ttttPractice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 2 2、信號發(fā)生器的分類、信號發(fā)生器的分類 按頻率產(chǎn)生方法分按頻率產(chǎn)生方法分 諧振諧振-由頻率選擇回路控制正反饋由頻率選擇回

7、路控制正反饋 產(chǎn)生振蕩。產(chǎn)生振蕩。 合成合成-由基準(zhǔn)頻率通過加、減、乘、由基準(zhǔn)頻率通過加、減、乘、 除組合一系列頻率。除組合一系列頻率。 按頻率覆蓋范圍分按頻率覆蓋范圍分 無無低頻低頻高頻高頻微波微波頻段頻段頻率范圍頻率范圍主振電路主振電路調(diào)制方式調(diào)制方式RCRC電路電路1Hz1MHz1Hz1MHz磁控管、體效磁控管、體效應(yīng)管、應(yīng)管、1MHz1GHz1MHz1GHz1GHz100GHz1GHz100GHzLCLC電路電路AMAM、FMFM、PMPMAMAM、FMFM無無低頻低頻高頻高頻微波微波頻段頻段頻率范圍頻率范圍主振電路主振電路調(diào)制方式調(diào)制方式RCRC電路電路1Hz1MHz1Hz1MHz磁

8、控管、體效磁控管、體效應(yīng)管、應(yīng)管、1MHz1GHz1MHz1GHz1GHz100GHz1GHz100GHzLCLC電路電路AMAM、FMFM、PMPMAMAM、FMFMPractice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1. 1. 按頻率范圍按頻率范圍低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 1MHz1MHz射頻射頻信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3 36GHz6GHz微波微波信號發(fā)生器信號發(fā)生器 202050GHz50GHz毫米波毫米波信號發(fā)生器信號發(fā)生器 300GHz300GHz2. 2. 按輸出波形按輸出波形正弦波形發(fā)生器正弦波形發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器函數(shù)函數(shù)/ /任

9、意波發(fā)生器任意波發(fā)生器隨機(jī)信號發(fā)生器隨機(jī)信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器 3. 3. 按應(yīng)用特性按應(yīng)用特性合成合成信號發(fā)生器信號發(fā)生器掃頻掃頻信號發(fā)生器信號發(fā)生器合成掃頻合成掃頻信號發(fā)生器信號發(fā)生器4. 4. 按調(diào)制特性按調(diào)制特性連續(xù)波連續(xù)波信號發(fā)生器信號發(fā)生器模擬調(diào)制信號發(fā)生器模擬調(diào)制信號發(fā)生器矢量信號發(fā)生器矢量信號發(fā)生器Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 2. 信號源的組成信號源的組成信號信號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)測監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖Practice is a best way to

10、 learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 信號頻率范圍：音頻（信號頻率范圍：音頻（20Hz20kHz）和視頻（）和視頻（ 1Hz10MHz ）信號波形形式：正弦波、方波和三角波等信號波形形式：正弦波、方波和三角波等（1 1）低頻信號發(fā)生器）低頻信號發(fā)生器 組成原理組成原理 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 （1 1）低頻信號發(fā)生器）低頻信號發(fā)生器主振器主振器信號發(fā)生器的核心部件信號發(fā)生器的核心部件產(chǎn)生產(chǎn)生與輸出信號頻率一致的與輸出信號頻率一致的正弦信號正弦信號電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)

11、：RC文氏橋式振蕩器、差頻式振蕩器文氏橋式振蕩器、差頻式振蕩器Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 （1 1）低頻信號發(fā)生器）低頻信號發(fā)生器主振器主振器RC文氏橋文氏橋式振蕩器式振蕩器電壓反饋式振蕩器電壓反饋式振蕩器取取R1=R2=R，C1=C2=C，起振頻率，起振頻率f0滿足滿足 組成原理組成原理 R1與與R2、C1與與C2組成具有選頻功能的串組成具有選頻功能的串-并聯(lián)正反饋支路并聯(lián)正反饋支路 RCf210Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器

12、、通用信號發(fā)生器 （1 1）低頻信號發(fā)生器）低頻信號發(fā)生器電壓放大器電壓放大器低頻信號發(fā)生器的放大器包含低頻信號發(fā)生器的放大器包含電壓放大器和功率放大器，電壓放大器和功率放大器，以實(shí)現(xiàn)輸出一定電壓幅度和功率的要求。以實(shí)現(xiàn)輸出一定電壓幅度和功率的要求。 組成原理組成原理 把振蕩器產(chǎn)生的把振蕩器產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行放大微弱信號進(jìn)行放大隔離器（隔離器（緩沖放大器緩沖放大器）：將功率放大器、輸出衰減器、負(fù)載與）：將功率放大器、輸出衰減器、負(fù)載與振蕩器隔離，以防止對振蕩信號產(chǎn)生影響振蕩器隔離，以防止對振蕩信號產(chǎn)生影響Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、

13、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 （1 1）低頻信號發(fā)生器）低頻信號發(fā)生器輸出衰減器輸出衰減器改變輸出電壓或輸出功率改變輸出電壓或輸出功率 組成原理組成原理 由由連續(xù)調(diào)節(jié)和步進(jìn)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)節(jié)和步進(jìn)調(diào)節(jié)兩級衰減組成兩級衰減組成衰減器分貝數(shù)與電壓衰減倍數(shù)的關(guān)系衰減器分貝數(shù)與電壓衰減倍數(shù)的關(guān)系Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 功率放大器功率放大器保證儀器有足夠的輸出功率：一般采用三級放大電路保證儀器有足夠的輸出功率：一般采用三級放大電路Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 阻抗轉(zhuǎn)換器阻抗轉(zhuǎn)換器用于匹配不同阻抗的負(fù)

14、載，從而獲得最大的輸出功率用于匹配不同阻抗的負(fù)載，從而獲得最大的輸出功率低頻低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600600（或（或1k1k）功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 k5 k等檔等檔 高頻高頻信號發(fā)生器一般僅有信號發(fā)生器一般僅有5050或或7575檔。檔。 信號發(fā)生器輸出電壓的信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的，若，若負(fù)載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不負(fù)載與信號源輸出阻抗不

15、相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。準(zhǔn)確的。 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 保護(hù)電路保護(hù)電路晶體三極管的過載能力較差，當(dāng)工作狀態(tài)超過極限時(shí)很容易燒毀，信號發(fā)生器輸出端短路時(shí)經(jīng)常發(fā)生的，如果沒有可靠的保護(hù)電路，就會燒毀放大電路，進(jìn)而損壞儀器。啟動保護(hù)：啟動保護(hù)：過載保護(hù)：過載保護(hù)：由一個(gè)BJT與繼電器組成第一延時(shí)啟動電路：開機(jī)時(shí)延時(shí)5s左右才有功率輸出；另一只繼電器與電容組成第二延時(shí)電路，在第一延時(shí)啟動電路動作后延時(shí)2s左右動作，使第一只繼電器腹圍，以完成啟動保護(hù)電路的自動恢復(fù)。由一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和延時(shí)繼電器組成。在功率放大器出現(xiàn)過載時(shí)，觸

16、發(fā)器動作，與延時(shí)繼電器配合，完成保護(hù)動作，同時(shí)過載指示燈亮。Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 （1 1）低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)：）低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)：P117P117Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 信號頻率范圍：信號頻率范圍：100kHz30MHz和和30300MHz 信號波形形式：等幅正弦波和調(diào)制波信號信號波形形式：等幅正弦波和調(diào)制波信號（2 2）高頻信號發(fā)生器）高頻信號發(fā)生器 組成原理組成原理 Pr

17、actice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 3 3、通用信號發(fā)生器、通用信號發(fā)生器 主要包括任意主要包括任意/函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器（3 3）混合信號發(fā)生器）混合信號發(fā)生器 任意波形發(fā)生器組成原理任意波形發(fā)生器組成原理 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 幅度幅度：峰峰值峰峰值/ /振幅、有效值或功率振幅、有效值或功率頻率頻率：單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)偏移偏移：直流分量與零電平之間的差值直流分量與零電平之間的差值 平均值？平均值？相位相位：反映交流信

18、號任何時(shí)刻狀態(tài)的物理量反映交流信號任何時(shí)刻狀態(tài)的物理量信號的表征信號的表征時(shí)域基本參數(shù)時(shí)域基本參數(shù)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1.1 1.1 信號的表征信號的表征脈沖參數(shù)脈沖參數(shù)脈沖寬度脈沖寬度/ /占空比、上升時(shí)間、下降時(shí)間占空比、上升時(shí)間、下降時(shí)間Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 4 4、信號發(fā)生器的綜合性能指標(biāo)、信號發(fā)生器的綜合性能指標(biāo) 主要包括有效頻率范圍、頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度主要包括有效頻率范圍、頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度（1 1）頻率特性）頻率特性主要包括輸出阻抗、輸出電平及其平坦度

19、、輸出形主要包括輸出阻抗、輸出電平及其平坦度、輸出形式、輸出波形及諧波失真式、輸出波形及諧波失真（2 2）輸出特性）輸出特性Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 4 4、信號發(fā)生器的綜合性能指標(biāo)、信號發(fā)生器的綜合性能指標(biāo) 高頻信號發(fā)生器能輸出調(diào)幅波和調(diào)頻波，有的還帶高頻信號發(fā)生器能輸出調(diào)幅波和調(diào)頻波，有的還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制功能有調(diào)相和脈沖調(diào)制功能（3 3）調(diào)制特性）調(diào)制特性Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 電子系統(tǒng)頻率范圍提高電子系統(tǒng)頻率范圍提高高速復(fù)雜波形合成成為信號產(chǎn)生技術(shù)的主流和熱點(diǎn)高速復(fù)雜波形

20、合成成為信號產(chǎn)生技術(shù)的主流和熱點(diǎn)新體制、新制式推出新體制、新制式推出電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展高速高速l極高的頻率或帶寬極高的頻率或帶寬l極高的頻率切換速度極高的頻率切換速度復(fù)雜復(fù)雜l任意化特征加劇、細(xì)任意化特征加劇、細(xì)微特征豐富微特征豐富l輸出信號數(shù)目增加輸出信號數(shù)目增加 5 5、信號產(chǎn)生的發(fā)展趨勢信號產(chǎn)生的發(fā)展趨勢Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 5 5、信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢、信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢 補(bǔ)償傳輸線的頻率特點(diǎn)，提高接收機(jī)的信號保真度補(bǔ)償傳輸線的頻率特點(diǎn)，提高接收機(jī)的信號保真度（1 1）生成預(yù)加重）生成預(yù)加重/ /去加重

21、信號去加重信號將多電平看做一個(gè)信號的多個(gè)離散幅度將多電平看做一個(gè)信號的多個(gè)離散幅度簡稱為脈沖幅度調(diào)制或簡稱為脈沖幅度調(diào)制或PAM（2 2）生成多電平信號）生成多電平信號數(shù)字?jǐn)?shù)字RF技術(shù)會超出當(dāng)前測試設(shè)備的功能，要求生成技術(shù)會超出當(dāng)前測試設(shè)備的功能，要求生成在諸多無線應(yīng)用中日益常見的寬帶寬和快速變化的在諸多無線應(yīng)用中日益常見的寬帶寬和快速變化的信號信號（3 3）生成寬帶）生成寬帶RFRF信號信號（4 4）生成無線）生成無線I/QI/Q和和IFIF信號信號Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1.1.頻率合成原理頻率合成原理頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過倍頻、分頻

22、及混頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。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2 2 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 直接頻率合成（直接頻率合成（ADSADS） 混頻、倍頻和分頻等方法，窄帶濾波器選頻混頻、倍頻和分頻等方法，窄帶濾波器選頻 間接頻率合成：間接頻率合成：PLLPLL（Phase Lock Loop Phase Lock Loop ） 利用利用PLLPLL把把VCOVCO

23、的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，通的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，通過不同形式的鎖相環(huán)在基準(zhǔn)頻率基礎(chǔ)上合成不同過不同形式的鎖相環(huán)在基準(zhǔn)頻率基礎(chǔ)上合成不同頻率頻率 直接數(shù)字合成（直接數(shù)字合成（DDSDDS） 基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成2 2 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化2.1 2.1 直接頻率合成直接頻率合成Practice

24、 is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 2.2 2.2 鎖相式頻率合成鎖相式頻率合成一種間接式的頻率合成技術(shù)。它利用鎖相環(huán)（一種間接式的頻率合成技術(shù)。它利用鎖相環(huán)（PLLPLL）把壓控振蕩器（把壓控振蕩器（VCOVCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率）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。準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上合成不同的頻率。 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（PLLPLL）組成：組成：鑒相器（鑒相器

25、（PDPD）、環(huán)路濾波器（）、環(huán)路濾波器（LPFLPF）、壓控）、壓控振振 蕩器（蕩器（VCOVCO）及基準(zhǔn)晶振等）及基準(zhǔn)晶振等原理：原理：負(fù)反饋控制系統(tǒng)，利用負(fù)反饋控制系統(tǒng)，利用PLLPLL把把VCOVCO的輸出頻率的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，通過不同形式的鎖相環(huán)鎖定在基準(zhǔn)頻率上，通過不同形式的鎖相環(huán)在一個(gè)基準(zhǔn)頻率基礎(chǔ)上合成不同頻率在一個(gè)基準(zhǔn)頻率基礎(chǔ)上合成不同頻率2.2 2.2 鎖相式頻率合成鎖相式頻率合成n優(yōu)點(diǎn)：易集成，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，價(jià)格低優(yōu)點(diǎn)：易集成，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，價(jià)格低n缺點(diǎn)：頻率切換時(shí)間較長，相位噪聲較大缺點(diǎn)：頻率切換時(shí)間較長，相位噪聲較大Practice i

26、s a best way to learnig 電子測量技術(shù) PLLPLL主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 環(huán)路帶寬環(huán)路帶寬 對輸入信號的相位而言對輸入信號的相位而言，鎖相環(huán)具有低通濾波，鎖相環(huán)具有低通濾波器的傳輸特性，其高頻截止頻率稱為環(huán)路帶寬。器的傳輸特性，其高頻截止頻率稱為環(huán)路帶寬。環(huán)路帶寬越低，其濾波作用越好。環(huán)路帶寬越低，其濾波作用越好。 對輸入信號整體而言對輸入信號整體而言，具有窄帶濾波特性。只，具有窄帶濾波特性。只允許輸入信號角頻率附近的頻率分量通過，阻止允許輸入信號角頻率附近的頻率分量通過，阻止遠(yuǎn)離輸入頻率的頻率分量傳送到輸出端，在一定遠(yuǎn)離輸入頻率的頻率分量傳送到輸出端，在一定范圍內(nèi)跟

27、蹤輸入頻率！范圍內(nèi)跟蹤輸入頻率！ 捕捉帶寬捕捉帶寬 假設(shè)環(huán)路最初不處于鎖定狀態(tài)，環(huán)路最終能夠假設(shè)環(huán)路最初不處于鎖定狀態(tài)，環(huán)路最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許頻差自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許頻差 。Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式1.1.倍頻式鎖相環(huán)倍頻式鎖相環(huán) 等效模型等效模型 實(shí)現(xiàn)模型實(shí)現(xiàn)模型 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式2.2.分頻式鎖相環(huán)分頻式鎖相環(huán) 等效模型等效模型 實(shí)現(xiàn)模型實(shí)現(xiàn)模型 Practice is a best

28、 way to learnig 電子測量技術(shù) 3.3.混頻式鎖相環(huán)混頻式鎖相環(huán)鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式相加混頻環(huán)相加混頻環(huán)相減混頻環(huán)相減混頻環(huán)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 提高頻率分辨力的鎖相合成技術(shù)提高頻率分辨力的鎖相合成技術(shù)n 減小頻率增量提高分辨力減小頻率增量提高分辨力ieft/25n 保證轉(zhuǎn)換時(shí)間和頻率范圍前提下提高頻率分辨力的途徑保證轉(zhuǎn)換時(shí)間和頻率范圍前提下提高頻率分辨力的途徑多環(huán)頻率合成法多環(huán)頻率合成法小數(shù)分頻法小數(shù)分頻法 n 后置分頻器提高分辨力后置分頻器提高分辨力輸出頻率范圍減小輸出頻率范圍減小頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越

29、長頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 1971年，美國學(xué)者年，美國學(xué)者JTierncy，CMRader和和BGold提出了直接數(shù)字頻率合成（提出了直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)，它從相位概念出發(fā)直接合成所需波形技術(shù)，它從相位概念出發(fā)直接合成所需波形全數(shù)字控制、頻率分辨率高、切換速度快、切全數(shù)字控制、頻率分辨率高、切換速度快、切換時(shí)相位連續(xù)換時(shí)相位連續(xù)Analog 公司、公司、Qualcomm 公司和公司和Stanford 公司公司一系列性能優(yōu)良的一系列性能優(yōu)良的DDS 器件不斷出現(xiàn)器件不斷出現(xiàn), 工作頻工作頻率可達(dá)率可達(dá)G

30、Hz, 頻率分辨率可到頻率分辨率可到mHz2.3 2.3 直接數(shù)字合成技術(shù)直接數(shù)字合成技術(shù)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) DDS原理及主要問題原理及主要問題采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘輸出輸出相位相位 累加器累加器 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 查找表查找表 數(shù)模數(shù)模 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 低通低通 濾波器濾波器 頻率頻率控制字控制字NNMD2osNKff 輸出頻率輸出頻率 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 理解：可以將正弦波形看作一個(gè)矢量，沿相位圓理解：可以將正弦波形看作一個(gè)矢量，沿相位圓轉(zhuǎn)動，相位圓對應(yīng)正弦波一個(gè)周期的波形。波形轉(zhuǎn)動

31、，相位圓對應(yīng)正弦波一個(gè)周期的波形。波形中的每個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)相位圓上的一個(gè)相位點(diǎn)。中的每個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)相位圓上的一個(gè)相位點(diǎn)。 步進(jìn)步進(jìn)點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248數(shù)字相位圓數(shù)字相位圓相位環(huán)相位環(huán)Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 保持系統(tǒng)保持系統(tǒng) x t pxt重構(gòu)系統(tǒng)重構(gòu)系統(tǒng) p t 0 xt y t 0h t h t地址發(fā)生器對波地址發(fā)生器對波形查找表的抽樣形查找表的抽樣數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器低通濾波器低通濾波器 001snXjwXj wnw

32、HjwT 01snYjwXj wnwHjw HjwT 任意波形合成方法及采樣模型任意波形合成方法及采樣模型Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) DDSDDS的主要誤差的主要誤差1 1、相位截?cái)嗾`差、相位截?cái)嗾`差2 2、幅度量化誤差、幅度量化誤差 3 3、DACDAC保持、采樣特性誤差保持、采樣特性誤差 4 4、DACDAC非線性誤差非線性誤差 5 5、采樣時(shí)鐘誤差、采樣時(shí)鐘誤差 Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 6 6、頻率合成技術(shù)（、頻率合成技術(shù)（P P130130） 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)直接模擬

33、頻率合成技術(shù)直接模擬頻率合成技術(shù)（DAFS DAFS ）直接數(shù)字頻率合成技術(shù)直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS DDS ） 間接鎖相式合成技術(shù)間接鎖相式合成技術(shù)鎖相鎖相環(huán)環(huán)類型頻率范圍頻率分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率穩(wěn)定度頻譜純度設(shè)備結(jié)構(gòu)直接合成大較高快好一般復(fù)雜間接合成較大一般慢好好簡單易集成直接數(shù)字合成一般極高極快好一般簡單易集成Practice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 6 6、頻率合成技術(shù)、頻率合成技術(shù)鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)鎖相環(huán)頻率合成技術(shù) 可以是一可以是一根導(dǎo)線根導(dǎo)線典型鎖相環(huán)fofr頻率參考頻率參考鑒相器鑒相器低通濾波器低通濾波器壓控振蕩器壓控振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) fofr=foPractice is a best way to learnig 電子測量技術(shù) 6 6、頻率合成技術(shù)、頻率合成技術(shù)間接數(shù)字頻率合成技術(shù)間接數(shù)字頻率合成技術(shù) 改變改變N可以產(chǎn)生不可以產(chǎn)生不同頻率的輸出信同頻率的輸出信號號fofr頻率參考頻率參考數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器低通濾波器低通濾波器壓控振蕩器壓控振蕩器數(shù)字分頻器數(shù)字分頻器（N） fo數(shù)字類型數(shù)字類型的的整數(shù)間接數(shù)字頻率合成Practice is a best way to lear