电子测量原理第八章信号的产生.ppt

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1、电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第8 8章章 信号的产生信号的产生8.1 8.1 信号源概述信号源概述 8.2 8.2 正弦、脉冲及函数发生器正弦、脉冲及函数发生器 8.3 8.3 锁相频率合成信号的产生锁相频率合成信号的产生 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页8.1 信号源概述信号源概述u 信号源的作用和组成信号源的作用和组成u 信号源的分类信号源的分类u 正弦信号源的性能指标正弦信号源的性能指标电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页8.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成信号源在电子测量中的作用和组成1.信号源的作用信号源的作用

2、 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则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。或不规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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页2.信号源的组成信号源的组成信信号号输出输出主振器主振器缓冲缓冲调制调制输出输出电电 源源监测监测信号发生器结构框图信号发生器结构框图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页信号源组成：信号源组成：主振器：主振器：信号源的核心部分，产生不同频率、不同波形信号源的核心部分，产生不

3、同频率、不同波形信号源的核心部分，产生不同频率、不同波形信号源的核心部分，产生不同频率、不同波形的信号。（信号频率形状不同，其原理结构也不同）的信号。（信号频率形状不同，其原理结构也不同）的信号。（信号频率形状不同，其原理结构也不同）的信号。（信号频率形状不同，其原理结构也不同）缓冲级：缓冲级：对主振器产生的信号进行放大、整形等。对主振器产生的信号进行放大、整形等。对主振器产生的信号进行放大、整形等。对主振器产生的信号进行放大、整形等。调制级：调制级：在需要输出调制波形时，对原始信号按照调幅、在需要输出调制波形时，对原始信号按照调幅、在需要输出调制波形时，对原始信号按照调幅、在需要输出调制波形

4、时，对原始信号按照调幅、调频等要求进行调制。调频等要求进行调制。调频等要求进行调制。调频等要求进行调制。输出级：输出级：调节输出信号的电平和输出阻抗。可由衰减器、调节输出信号的电平和输出阻抗。可由衰减器、调节输出信号的电平和输出阻抗。可由衰减器、调节输出信号的电平和输出阻抗。可由衰减器、匹配变压器及射极跟随器等构成。匹配变压器及射极跟随器等构成。匹配变压器及射极跟随器等构成。匹配变压器及射极跟随器等构成。监测器：监测器：监测输出信号。如电压表、频率表等。监测输出信号。如电压表、频率表等。监测输出信号。如电压表、频率表等。监测输出信号。如电压表、频率表等。电源：电源：提供直流电源，通常由交流电整

5、流为直流电得到。提供直流电源，通常由交流电整流为直流电得到。提供直流电源，通常由交流电整流为直流电得到。提供直流电源，通常由交流电整流为直流电得到。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页8.1.2 8.1.2 信号源的分类信号源的分类1.1.按频率范围按频率范围 大致可分为六类：大致可分为六类：超低频信号发生器超低频信号发生器超低频信号发生器超低频信号发生器 1000Hz1000Hz1000Hz1000Hz；低频信号发生器低频信号发生器低频信号发生器低频信号发生器 1Hz 1Hz 1Hz 1Hz1MHz1MHz1MHz1MHz；视频信号发生器视频信号发生器视频信号发生器视频信号

6、发生器 20Hz 20Hz 20Hz 20Hz10MHz10MHz10MHz10MHz；高频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器 200KHz 200KHz 200KHz 200KHz30MHz30MHz30MHz30MHz；甚高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器 30KHz 30KHz 30KHz 30KHz300MHz300MHz300MHz300MHz；超高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器 300MHz 300MHz 300MHz 300MHz以上。以上。以上。以上。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7

7、页2.2.按输出波形按输出波形,大致可分为：大致可分为：正弦波形发生器；正弦波形发生器；脉冲信号发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器；函数信号发生器；噪声信号发生器。噪声信号发生器。3.3.按照信号发生器的性能指标按照信号发生器的性能指标 可分为：可分为：一般信号发生器；标准信号发生器；电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页8.1.3 8.1.3 正弦信号源的性能指标正弦信号源的性能指标1.1.频率特性频率特性u（1 1 1 1）频率范围：信号发生器在各项指标得到保证）频率范围：信号发生器在各项指标得到保证）频率范围：信号发生器在各项指标得到保证）频率范围：信号发生器在各项指

8、标得到保证前提下，输出频率的范围。前提下，输出频率的范围。前提下，输出频率的范围。前提下，输出频率的范围。u（2 2）频率准确度）频率准确度）频率准确度）频率准确度 ：频率实际值对其标称值的相对：频率实际值对其标称值的相对：频率实际值对其标称值的相对：频率实际值对其标称值的相对偏差。偏差。偏差。偏差。u（3 3）频率稳定度）频率稳定度）频率稳定度）频率稳定度 ：一定时间间隔内频率准确度：一定时间间隔内频率准确度：一定时间间隔内频率准确度：一定时间间隔内频率准确度的变化。（的变化。（的变化。（的变化。（15151515分钟内信号频率发生的最大变化）分钟内信号频率发生的最大变化）分钟内信号频率发生

9、的最大变化）分钟内信号频率发生的最大变化）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页2.2.输出特性输出特性u（1 1 1 1）输出电平范围。）输出电平范围。）输出电平范围。）输出电平范围。u（2 2 2 2）输出电平的频响：输出电平的变化，平坦度。）输出电平的频响：输出电平的变化，平坦度。）输出电平的频响：输出电平的变化，平坦度。）输出电平的频响：输出电平的变化，平坦度。u（3 3 3 3）输出电平准确度：输出电平实际值对标称值的）输出电平准确度：输出电平实际值对标称值的）输出电平准确度：输出电平实际值对标称值的）输出电平准确度：输出电平实际值对标称值的相对偏差。相对偏差。相对偏

10、差。相对偏差。u（4 4 4 4）输出阻抗）输出阻抗）输出阻抗）输出阻抗u（5 5 5 5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。3.3.调制特性调制特性 调制特性的恒量指标主要包括调制频率，调幅系数，调制特性的恒量指标主要包括调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。最大频偏，调制线性等。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页对信号发生器的一般要求对信号发生器的一般要求对信号发生器的一般要求对信号发生器的一般要求 1.1.输出波形失真小：输出波形失真小：输出波形失

11、真小：输出波形失真小：正弦信号发生器的非线性失真系数不超过正弦信号发生器的非线性失真系数不超过正弦信号发生器的非线性失真系数不超过正弦信号发生器的非线性失真系数不超过 1%1%3%3%，有时要求低于，有时要求低于，有时要求低于，有时要求低于 0.1%0.1%。2.2.输出频率稳定并且在一定范围内连续可调：输出频率稳定并且在一定范围内连续可调：输出频率稳定并且在一定范围内连续可调：输出频率稳定并且在一定范围内连续可调：一般信号发生器的频率稳定度为一般信号发生器的频率稳定度为一般信号发生器的频率稳定度为一般信号发生器的频率稳定度为 1%1%10%10%，标准信号发生器应优于标准信号发生器应优于标准

12、信号发生器应优于标准信号发生器应优于1%1%。3.3.输出电压稳定并且在一定范围内连续可调输出电压稳定并且在一定范围内连续可调输出电压稳定并且在一定范围内连续可调输出电压稳定并且在一定范围内连续可调 。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页4.4.输出阻抗要低，与负载容易匹配输出阻抗要低，与负载容易匹配输出阻抗要低，与负载容易匹配输出阻抗要低，与负载容易匹配 一般低频信号发生器具有低阻抗一般低频信号发生器具有低阻抗一般低频信号发生器具有低阻抗一般低频信号发生器具有低阻抗 和和和和 600 600阻抗；阻抗；阻抗；阻抗；高频信号发生器多为高频信号发生器多为高频信号发生器多为高频

13、信号发生器多为 50 50或或或或7575输出阻抗；输出阻抗；输出阻抗；输出阻抗；有功率输出时可配接有功率输出时可配接有功率输出时可配接有功率输出时可配接 8 8、1616、150150、600600、5K5K等。等。等。等。5.5.调制特性调制特性调制特性调制特性(对高频信号发生器一般要求有调幅和调频输出对高频信号发生器一般要求有调幅和调频输出对高频信号发生器一般要求有调幅和调频输出对高频信号发生器一般要求有调幅和调频输出)调制频率调制频率调制频率调制频率:调幅一般为调幅一般为调幅一般为调幅一般为 100 Hz 100 Hz 和和和和 400 Hz,400 Hz,调频为调频为调频为调频为 1

14、0 10 110 KHz 110 KHz。调制特性调制特性调制特性调制特性:调幅度为调幅度为调幅度为调幅度为 0 080%,80%,调频频偏不低于调频频偏不低于调频频偏不低于调频频偏不低于75 KHz 75 KHz。6 6对于脉冲信号发生器，对于脉冲信号发生器，对于脉冲信号发生器，对于脉冲信号发生器，输出脉冲信号的脉冲宽度应可输出脉冲信号的脉冲宽度应可输出脉冲信号的脉冲宽度应可输出脉冲信号的脉冲宽度应可调节调节调节调节 。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页 8.2 正弦、脉冲及函数发生器正弦、脉冲及函数发生器8.2.1 8.2.1 正弦信号发生器正弦信号发生器 正弦信号发

15、生器是信号源中最常见的一种，它能输出一个幅度正弦信号发生器是信号源中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号。可调、频率可调的正弦信号。根据信号产生的方式，正弦信号发生器可分为：根据信号产生的方式，正弦信号发生器可分为：（1 1）LC LC 振荡式信号发生器：振荡式信号发生器：LC LC 振荡方式多用于高频信号发生器。振荡方式多用于高频信号发生器。（2 2）RC RC 振荡式信号发生器：振荡式信号发生器：RC RC 振荡方式多用于低频信号发生器，振荡方式多用于低频信号发生器，以文氏电桥振荡器最常见。以文氏电桥振荡器最常见。（3 3）差频式振荡信号发生器：差频振荡器电路复杂，频率稳

16、定度）差频式振荡信号发生器：差频振荡器电路复杂，频率稳定度和波形较差，但它易于实现在整个低频范围内连续调节而不用更换和波形较差，但它易于实现在整个低频范围内连续调节而不用更换频段，输出电平也较均匀，因此常用于扫频振荡器中。频段，输出电平也较均匀，因此常用于扫频振荡器中。（4 4）石英晶体振荡器：由一块高稳定度的石英晶体做成基准频率石英晶体振荡器：由一块高稳定度的石英晶体做成基准频率振荡器，通过频率变换，产生与基准频率具有同样精确度和高稳定振荡器，通过频率变换，产生与基准频率具有同样精确度和高稳定度的频率信号。常用作数字时钟。度的频率信号。常用作数字时钟。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子

17、测量原理第13页1.1.低频信号发生器（低频信号发生器（音频信号发生器音频信号发生器音频信号发生器音频信号发生器 ）低频信号发生器频率范围一般为低频信号发生器频率范围一般为低频信号发生器频率范围一般为低频信号发生器频率范围一般为20Hz20Hz20Hz20Hz20KHz20KHz20KHz20KHz。主振级主振级缓冲缓冲放大放大电平电平控制控制功率功率放大放大衰减器衰减器阻抗阻抗变换变换电平调节电平调节波段波段调节调节频率频率细调细调电平指示电平指示主振级：产生频率可调的正弦信号，决定输出信号的频率范围和稳定度。缓冲放大器：放大主振器产生的正弦信号，以达到电压输出幅度的要求。衰减器：将放大器输

18、出信号的幅度进行衰减后输出，以满足不同输出要求。功率放大器：对负载能力很弱的电压输出信号进行功率放大。阻抗变换器：用来匹配不同的负载。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页2.2.高频信号发生器高频信号发生器u高频信号发生器输出频率范围一般在高频信号发生器输出频率范围一般在高频信号发生器输出频率范围一般在高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz300KHz1GHz1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能输出输出主振级主振级波段波段选择选择频率频率细调细调

19、缓冲缓冲调制级调制级输出级输出级调制振荡器调制振荡器监测器监测器外调制外调制输入输入高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页8.2.2 8.2.2 脉冲信号发生器脉冲信号发生器u常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等和数字编码序列等和数字编码序列等和数字编码序列等 ：u ut to o（a a）矩形波）矩形波u ut to o（b b）锯齿波）锯齿波u ut to o（c c）阶梯波）阶梯波

20、u ut to o（d d）钟形脉冲）钟形脉冲u ut to o（e e）数字编码序列）数字编码序列 常见的脉冲信号常见的脉冲信号u脉冲发生器的分类（根据用途和产生脉冲的方法）：脉冲发生器的分类（根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。等。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页1.1.通用脉冲发生器通用脉冲发生器u通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够通用脉冲发生器

21、能够满足一般测试的要求，能够通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。等。等。等。输出输出脉宽，上升脉宽，上升/下降沿下降沿控制控制主振级主振级同步放大同步放大延时级延时级脉冲形成脉冲形成输出级输出级同步脉冲输出同步脉冲输出外同步外同步触发输入触发输入外触发外触发同步脉冲输出同步脉冲输出脉冲信号发生器组成原理脉冲信号发生器组成原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17页2.2.快速（广谱）脉冲发生器快速（广谱

22、）脉冲发生器u在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。u快速脉冲信号的产生技术主

23、要有：水银开关脉冲发快速脉冲信号的产生技术主要有：水银开关脉冲发生器、雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复二极管脉生器、雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复二极管脉冲发生器以及隧道二极管脉冲发生器等。冲发生器以及隧道二极管脉冲发生器等。V VD DR RC CR RO OK KR RL L水银开关脉冲发生器原理水银开关脉冲发生器原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第18页8.2.3 8.2.3 函数信号发生器函数信号发生器 函数信号发生器能产生三角波、矩形波和正弦波等波形，使用起来有较大的灵活性，因而正在逐渐取代只能产生正弦波的正弦信号发生器。方波由三角波通过方波变换电路变换而成，实际中，

24、三角波和方波的产生是难以分开的，方波形成电路通常是三角波发生器的组成部分。正弦波是三角波通过正弦波形成电路变换而来的。所需波形经过选取、放大后经衰减器输出。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第19页方波和三角波产生电路方波和三角波产生电路 方波、三角波产生电路有多种构成方式，常用的有恒流源控制式的、施密特触发器和线性积分电路构成的以及运算放大器构成的等。图为恒流源控制的方波、三角波产生电路。由于恒流源对电容 C 的充电、放电，在电容 C 上产生线性变化的电压，从而在放大器输出端得到三角波。此三角波被送到电压比较器，在比较器的输出端得到方波，该方波又反馈控制二极管开关电路，决定恒流

25、源对电容 C 是充电还是放电。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第20页 电容 C 的大小决定三角波、方波的频率，C 越小频率越高。当正、负恒流源大小相等时，得到的是对称的三角波和方波。调节恒流源控制电路，改变正、负恒流源的大小，可得到非对称的三角波和矩形波。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第21页正弦波形成电路正弦波形成电路 当三角波自 0向正值方向增大到“1”点电压 U 1 时，二极管 VD 1A 导通，电阻 R、R A、R 1A 组成的分压器被接通，输入三角波分压后再传送到输出端 B，使得 B 端电位下降，输出波形自“1”点下降至 1 点。当三角波继续增大到

26、“2”点电压 U 2 时，二极管 VD 2A 也导通，电阻 R B、R A 被接入分压，使得分压器的分压比减小，B 端的电位比 A 端的电位更为下降，输出波形自“2”点下降至 2 点，下降幅度大于“1”点至 1 点的下降幅度。如此继续下去 三角波趋向于正弦波。三角波从 A点输入,正弦波从B点输出。设开始时，三角波输入电压为 0，则各个二极管均截止。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第22页电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第23页函数发生器的性能和组成函数发生器的性能和组成u函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波函数

27、发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，具有较宽的频率范围（几十等波形，具有较宽的频率范围（几十等波形，具有较宽的频率范围（几十等波形，具有较宽的频率范围（几十MHzMHzMHzMHz）及较）及较）及较）及较稳定的频率。稳定的频率。稳定的频率。稳定的频率。频率频率控制控制网络网络三角波三角波缓冲器缓冲器正弦波综正弦波综合及缓冲合及缓冲正恒正恒流源流源负恒负恒流源流源比较器比较器方波方波缓冲器缓冲器外外部部频频率率控控制制函数函数选择选择及其及其它波它波形产形产生生输出输出放大放大输出输出滤波滤波直流直流补偿补偿积分积分电路电路函数发生器基本组

28、成原理函数发生器基本组成原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第24页8.3 锁相频率合成信号的产生锁相频率合成信号的产生1.1.频率合成原理频率合成原理 a)a)a)a)频率合成的意义频率合成的意义:为得到许多稳定的信号频率。为得到许多稳定的信号频率。b b)频率合成的定义频率合成的定义 c c)频率合成的实现：频率合成的实现：频率的代数运算是通过倍频、分频率的代数运算是通过倍频、分频率的代数运算是通过倍频、分频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。频及混频技术来实现。频及混频技术来实现。频及混频技术来实现。8.3.1 8.3.1 频率合成的基本概念频率合成的基本概念频

29、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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第25页2.2.频率合成分类及特点频率合成分类及特点(分为三类分为三类)u直接频率合成直接频率合成直接频率合成直接频率合成 通通通通过过过过频频频频率率率率的的的的混混混混频频频频、倍倍倍倍频频频频和和和和分分分分频频频频等等等等方方方方法法法法来来来来产产产产生生生生一一一一系系系系列列列列频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。频率信号并用窄带

30、滤波器选出，下图是其实现原理。频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。晶振晶振谐波发生器（倍频）谐波发生器（倍频）分频（分频（1010）8MHz8MHz混频（混频（+）混频（混频（+）2MHz2MHz滤波滤波分频（分频（1010）2.8MHz2.8MHz滤波滤波0.28MHz0.28MHz分频（分频（1010）混频（混频（+）滤波滤波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式频率合成原理框图直接式频率合成原理框图1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz优点优点:频率切换迅速，相位噪声很低。频率

31、切换迅速，相位噪声很低。缺点缺点:电路硬件结构复杂电路硬件结构复杂,体积大体积大,价格昂贵价格昂贵,不便于集成化。不便于集成化。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第26页锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLLPLLPLLPLL）把压控振荡器（把压控振荡器（把压控振荡器（把压控振荡器（VCOVCOVCOVCO）的输出频率锁定在基准频率）的输出频率锁定在基准频率）的输出频率锁定在基准频率）的输出频率锁

32、定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。准频率的基础上合成不同的频率。准频率的基础上合成不同的频率。准频率的基础上合成不同的频率。优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。格低等优点。格低等优点。格低等优点。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长

33、，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。直接数字合成（直接数字合成（直接数字合成（直接数字合成（DDSDDSDDSDDS）是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所需频率的正弦信号生所需频率的正弦信号生所需频率的正弦信号生所需频率的正弦信号 优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快

34、捷变和小步进，且集成度高，体积小缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第27页3.3.3.3.频率合成技术的发展频率合成技术的发展频率合成技术的发展频率合成技术的发展 各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合:直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都有其优缺点合成技术都有其优缺点合成

35、技术都有其优缺点合成技术都有其优缺点 ，单独使用任何一种方法，单独使用任何一种方法，单独使用任何一种方法，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，特很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，特很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，特很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，特别是别是别是别是DDSDDSDDSDDS与与与与PLLPLLPLLPLL的结合的结合的结合的结合,可以实现快捷变，小步进及可以实现快捷变，小步进及可以实现快捷变，小步进及可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。较高的频率上限。较高的频率上限。较高的频率上限。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电

36、子测量原理第28页8.3.2 8.3.2 锁相环（锁相环（PLLPLL）的基本概念）的基本概念1.1.锁相环基本工作原理及性能锁相环基本工作原理及性能 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（由鉴相器（由鉴相器（由鉴相器（PDPDPDPD）、环路滤波器（）、环路滤波器（）、环路滤波器（）、环路滤波器（LPFLPFLPFLPF）、电压控制）、电压控制）、电压控制）、电压控制振荡器（振荡器（振荡器（振荡器（VCOVCOVCOVCO）及基准晶体振荡器等部分组成）及基准晶体

37、振荡器等部分组成）及基准晶体振荡器等部分组成）及基准晶体振荡器等部分组成 。锁相环控制系统原理图锁相环控制系统原理图frVrVCOPDLPFVofOVd各部分作用：鉴相器鉴相器完成输入与输出信号的相位比较，其输出反映它们之间的相位差。环路滤波器环路滤波器为一低通滤波器，用于滤除鉴相器输出中的高频成分和噪声。压控振荡器压控振荡器实现对输入频率的跟踪，它根据鉴相器的输出调整输出频率以降低输出信号与输入信号的相位差，从而实现频率的跟踪。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第29页锁相环的主要性能指标锁相环的主要性能指标:u同步带宽同步带宽同步带宽同步带宽 ：锁定条件下输入频率所允许的最大

38、变：锁定条件下输入频率所允许的最大变：锁定条件下输入频率所允许的最大变：锁定条件下输入频率所允许的最大变化范围化范围化范围化范围 u捕捉带宽捕捉带宽捕捉带宽捕捉带宽 ：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的频差大允许的频差大允许的频差大允许的频差 u环路带宽环路带宽环路带宽环路带宽 :锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的频率特性具有低通滤波器的传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特

39、性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第30页2.2.锁相环的基本形式锁相环的基本形式 u倍频式锁相环倍频式锁相环倍频式锁相环倍频式锁相环 倍倍倍倍频频频频环环环环实实实实现现现现对对对对输输输输入入入入频频频频率率率率进进进进行行行行乘乘乘乘法法法法运运运运算算算算，主主主主要要要要有有有有两两两两种形式：谐波倍频环和数字倍频环种形式：谐波倍频环和数字倍频环种形式：谐波倍频环和数字倍频环种形式：谐波倍频环和数字倍频环（a）谐波倍频环谐波倍频环VCOPDLPFfO=Nfifi谐波谐波形成形成Nfifo=Nfi（b）

40、数字倍频环）数字倍频环VCOPDLPFfiN倍频式锁相环原理图倍频式锁相环原理图fiNPLLNfi（c）倍频环简化图）倍频环简化图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第31页分频式锁相环分频式锁相环分频式锁相环分频式锁相环 分分分分频频频频环环环环实实实实现现现现对对对对输输输输入入入入频频频频率率率率的的的的除除除除法法法法运运运运算算算算，与与与与倍倍倍倍频频频频环环环环相相相相似，也有两种基本形式。似，也有两种基本形式。似，也有两种基本形式。似，也有两种基本形式。分频式锁相环原理图分频式锁相环原理图VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）数字分频环）数字分频环VCOPDLP

41、Ffo=fi/Nfi谐波谐波形成形成（a）谐波分频环）谐波分频环fiNPLLfo=fi/N（c）分频环简化图）分频环简化图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第32页混频式锁相环混频式锁相环混频式锁相环混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算 PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相减混频环）相减混频环PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo=fi1+fi2fo-fi2（a）相加混频环）相加混频环fo=fi1-fi2混频锁相环混频锁相环+PLLfi1fi2fo=fi1+fi2-PLLfi1fi2fo=fi1-fi2（c）相加环简化图）相加环简化图（d）相减环简化图）相减环简化图