電子測量-第六章

第六章測量用信號源1、信號源的分類正弦信號發(fā)生器數(shù)字信號發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器一、概述正弦信號源特點：1、正弦測試信號的波形不受線性電路或系統(tǒng)的影響。2、在線性電路中，正弦激勵的響應(yīng)是同一頻率的正弦波。3、若已知線性系統(tǒng)對一切頻率的響應(yīng)，則可確定對任意輸入信號的響應(yīng)。第六章測量用信號源例如：HP3325A合成器/函數(shù)發(fā)生器3、對信號源的要求——工作特性頻率特性輸出特性頻率范圍用V或dB表示頻率準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度4、本章重點是鎖相和頻率合成技術(shù)在正弦信號源中的應(yīng)用。返回2、正弦信號源分類：波段式信號發(fā)生器差頻式信號發(fā)生器第六章測量用信號源二、頻率合成式信號發(fā)生器——頻率合成技術(shù)1、定義：利用一個或數(shù)個晶振，通過加減乘除四則運算，最終得到頻率準(zhǔn)確度穩(wěn)定在晶振量級上的一系列新頻率。2、優(yōu)點：特點：頻率可調(diào)，準(zhǔn)確度低。普通信號源：第六章測量用信號源高準(zhǔn)確度的信號源：頻率f=C特點：準(zhǔn)確度高，頻率不可調(diào)。頻率合成式信號發(fā)生器：取長補短。優(yōu)點:工作可靠,頻率轉(zhuǎn)換速度快;缺點:需要大量設(shè)備,體積大,價格昂貴。3、頻率合成方法：直接法間接法直接數(shù)字頻率合成法(DDFS)微機可控直接數(shù)字頻率合成優(yōu)點：頻率切換速度快、頻率分辨力高；輸出頻率可以很高；輸出波形純度高；可以從數(shù)學(xué)表達式直接合成波形等。第六章測量用信號源缺點：提高輸出頻率受到器件（D/A）速度限制；輸出寄生成分大。第六章測量用信號源相位累加器正弦表ROMD/A低通濾波器頻率碼時鐘返回第六章測量用信號源直接法介紹：

直接法是將振蕩器基準(zhǔn)頻率通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生一系列諧波，將這些諧波接在開關(guān)上，通過開關(guān)的通斷來選出所需頻率的各位數(shù)字，然后通過合成得到所需的頻率。例如，我們想要得到頻率為4.735MHz，我們使用的基準(zhǔn)頻率為1MHz，通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生十個諧波，將它們接在一系列縱橫制開關(guān)上，請看下圖。第六章測量用信號源4.735MHz1MHz3.5MHz3.5MHz1

101

101

10輸出頻率諧波發(fā)生器基準(zhǔn)頻率4MHz0.735MHz7MHz0.35MHz3MHz0.5MHz12345678905MHz0.35MHz7.35MHz0.735MHz返回第六章測量用信號源間接法：應(yīng)用鎖相技術(shù)鎖相環(huán)是指由相位比較器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成的閉合環(huán)路。如圖所示，fi為基準(zhǔn)頻率，fi=fr，fo為輸出信號頻率。

環(huán)路鎖定時，fo=fr。第六章測量用信號源回顧有關(guān)鎖相環(huán)基本概念：（1）

f=0，

=C，返回信息：相位。（2）鎖相環(huán)路兩個參數(shù)：同步帶寬

、捕捉帶寬

p。定義同步帶寬：在環(huán)路保持鎖定的條件下，輸入頻率所允許的最大變化范圍。捕捉帶寬：環(huán)路最終能夠自行進入鎖定狀態(tài)的最大允許的固有頻差。第六章測量用信號源沒有環(huán)路濾波器的鎖相環(huán)，稱為一階環(huán)，一階環(huán)路時，=

p，

設(shè)計上無靈活余地。

加入環(huán)路濾波器后，一方面可濾除相位比較器輸出的高頻成分和噪聲，另一方面可改善鎖相環(huán)性能。例如：二階環(huán)時，>

p。（3）環(huán)路濾波器的作用理論上同步帶寬越寬越好，實際上有限制，原因見后續(xù)章節(jié)。第六章測量用信號源（一）、混頻式鎖相環(huán)對輸入頻率進行加減運算的鎖相環(huán)。如圖石英振蕩器輸出頻率輸出頻率混頻器鑒相器第六章測量用信號源VCOPD石英振蕩器內(nèi)插振蕩器fi2調(diào)諧fi1fo(-)Mfo=fi1+fi2輸出fo-fi1vivdv2fi2

(一)混頻式鎖相環(huán)第六章測量用信號源（二）倍頻式鎖相環(huán)對輸入頻率進行乘法運算的鎖相環(huán)，稱為倍頻式鎖相環(huán)。常用的倍頻環(huán)有兩種：脈沖控制環(huán)數(shù)字環(huán)脈沖控制環(huán)：加在相位比較器的輸入信號是重復(fù)信號為基準(zhǔn)頻率的窄脈沖，壓控振蕩器輸出鎖定在窄脈沖的高次諧波上。數(shù)字環(huán)：在基本鎖相環(huán)反饋回路中加入數(shù)字分頻器。第六章測量用信號源VCOPD石英振蕩器fifofo=Nfi輸出vi

脈沖形成電路PDVCO

Nfifo/Nfo=Nfi脈沖控制環(huán)數(shù)字倍頻環(huán)(二)倍頻式鎖相環(huán)

N第六章測量用信號源PDVCO

Nfifo/Nfo=NfiPDVCOfifo/Nfo=fi/N(三)分頻式鎖相環(huán)脈沖控制環(huán)數(shù)字分頻環(huán)

NVCOVCOPDPDfi2=100_110kHz鎖定指示

1

2fof1Afi1=10kHzBCD第六章測量用信號源VCOVCOPDPDfi2=100_110kHz鎖定指示Nfi1Nfi1S12

1

2p1fo=Nfi1+fi2f1(1)(2)(3)(4)(6)(5)(7)(8)(9)(10)fi1=10kHz第六章測量用信號源第六章測量用信號源VCOVCOPDPD(四)多環(huán)合成單元fi2=100_110kHz鎖定指示Nfi1Nfi1S12

1

2p1fo=Nfi1+fi2f1(1)(2)(3)(4)(6)(5)(7)(8)(9)(10)fi1=10kHz第六章測量用信號源例：為從上圖雙環(huán)合成單元獲得輸出頻率在3400kHz—5100kHz連續(xù)可調(diào)，請問和

N應(yīng)如何選擇？解：取基準(zhǔn)頻率則倍頻環(huán)輸出為3300——5000kHz連續(xù)可調(diào)使具有10kHz的覆蓋，插入到倍頻環(huán)輸出相鄰兩個鎖定點間第六章測量用信號源引進鎖定指示的原因：Nfr（N-1）fr（N+1）fr重疊部分如同步帶寬太大，會出現(xiàn)假鎖。為防止假鎖，引入鎖定電路

fH<1/3fr第六章測量用信號源(五)頻率合成方案1、300--1700kHz的電平振蕩器2、十進頻率合成器第六章測量用信號源VCOPD

10雙環(huán)合成單元

10fi1=10kHzfi3=100kHzF1f1=3400--5100kHzf2=3400kHz主混頻器fo=0--1700kHz頻率合成方案:300Hz--1700kHz的電平振蕩器第六章測量用信號源1650170000.51.0f1(kHz)f2(kHz)(1)f1度盤（粗調(diào)）N*10kHz間隔鎖定，不鎖定方式下0—1700kHz連續(xù)可調(diào)。（2）f2度盤（細調(diào)）0—10kHz連續(xù)可調(diào)，最小刻度間隔為100Hz。第六章測量用信號源例題：使用上圖電平振蕩器，使輸出頻率為fo=1235.5kHz,其刻度盤相應(yīng)的讀數(shù)應(yīng)為什么?第一步:調(diào)f1度盤至1230kHz附近,鎖定指示燈亮;第二步:調(diào)f2度盤至5.5kHz;則fo=f1+f2=1230+5.5=1235.5kHz返回課中小結(jié)第六章測量用信號源十進頻率合成器是指在頻率合成器中采用十進合成單元，輸出頻率采用十進度盤來選擇。優(yōu)點：1、它可提供更高的輸出頻率準(zhǔn)確度。2、提供頻帶極寬的離散頻率3、長期穩(wěn)定度與基準(zhǔn)頻率相同，頻率步增很小。4、可手動或程序控制具體結(jié)構(gòu)自學(xué)。第六章測量用信號源補充題：在課本圖6-15中，若要

fo

分別為1545kHz、1540kHz，問N、fi2分別為多少？請繪出輸出頻率讀數(shù)裝置中f1、f2的刻度值。

本章內(nèi)容及要求1、主要討論正弦信號源；2、掌握頻率合成式信號發(fā)生器原理并能設(shè)計頻率合成方案；3、了解正弦信號發(fā)生器的分類；4、了解頻率合成器。第六章測量用信號源