第3章-信号发生器-4..优秀PPT.ppt

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1、电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第1页第第3 3章信号发生器章信号发生器u3.1 3.1 3.1 3.1 信号发生器概述信号发生器概述信号发生器概述信号发生器概述 u3.2 3.2 3.2 3.2 正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标u3.3 3.3 3.3 3.3 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u3.4 3.4 3.4 3.4 射频信号发生器射频信号发生器射频信号发生器射频信号发生器u3.5 3.5 3.5 3.5 扫频信号发生器扫频信号发生器扫频信号发生器扫频信号发生器u3.6 3.6 3

2、.6 3.6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器u3.7 3.7 3.7 3.7 函数信号发生器函数信号发生器函数信号发生器函数信号发生器电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第2页3.53.5扫频信号发生器扫频信号发生器定义：定义：扫频信号发生器是一种输出信号的频率扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在确定范围内反复变更的正弦信号发随时间在确定范围内反复变更的正弦信号发生器。生器。u扫频信号发生器是频率特性测试仪（扫频仪）的扫频信号发生器是频率特性测试仪（扫频仪）的核心。核心。u用于干脆测量各种网络的频率响应特性。用于干脆测量各种网络的频率响应特性。电子测

3、量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第3页3.53.5扫频信号发生器扫频信号发生器u1 1 工作原理工作原理 uu频率特性测试的方法：点频法和扫频法频率特性测试的方法：点频法和扫频法频率特性测试的方法：点频法和扫频法频率特性测试的方法：点频法和扫频法点频法点频法 ：逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设：逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设备记录被测系统的响应。备记录被测系统的响应。特点：精确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。特点：精确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。扫频法：是利用扫频信号发生器输出自动连续变更的频率信号，扫频法：是利用扫频信号发生器输出自动连续变更的频率信号

4、，对被测系统进行动态式的扫频测试。对被测系统进行动态式的扫频测试。特点：简洁快捷，可以便利地测量系统的频率特性及动态特性。特点：简洁快捷，可以便利地测量系统的频率特性及动态特性。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第4页扫频信号发生器的原理结构：扫频信号发生器的原理结构：扫频信号发生器的原理结构：扫频信号发生器的原理结构：扫描电压发生器扫描电压发生器正弦振荡器正弦振荡器放大器放大器电平调制电平调制衰减衰减ALC放大放大状态控制状态控制可变移相可变移相显示器显示器频率标记电路频率标记电路输出输出外部自动外部自动电平控制电平控制参考电平参考电平调制信号调制信号扫频信号发生器原理框图扫频

5、信号发生器原理框图正正弦弦振振荡荡器器在在扫扫描描电电压压作作用用下下，按按确确定定规规律律在在确确定定频频率率范范围围内内反反复扫描。复扫描。扫描电压为锯齿波或三角波扫描电压为锯齿波或三角波:其频率扫描规律为线性；其频率扫描规律为线性；扫扫描描电电压压为为对对数数变变更更:频频率率扫扫描描规规律律是是对对数数，对对数数扫扫频频常常用用于于宽宽带扫频。带扫频。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第5页基于基于基于基于DDSDDSDDSDDS的合成扫频信号源的合成扫频信号源的合成扫频信号源的合成扫频信号源 uu输输输输出出出出信信信信号号号号频频频频率率率率为为为为(M/2N)fc(

6、M/2N)fc(M/2N)fc(M/2N)fc，当当当当M M M M在在在在1 1 1 12N-12N-12N-12N-1之之之之间间间间变变变变更更更更时时时时，输输输输出出出出频频频频率率率率可可可可在在在在 (1/2N)fc(1/2N)fc(1/2N)fc(1/2N)fc (1/2)fc(1/2)fc(1/2)fc(1/2)fc范范范范围围围围内内内内变变变变更更更更，当当当当M M M M变变变变更更更更1 1 1 1时，时，时，时，fo fo fo fo的变更为的变更为的变更为的变更为(1/2N)fc(1/2N)fc(1/2N)fc(1/2N)fc。uu当当当当限限限限制制制制单单

7、单单元元元元输输输输出出出出的的的的频频频频率率率率限限限限制制制制字字字字按按按按确确确确定定定定规规规规律律律律变变变变更更更更时时时时，则则则则得得得得到到到到按相应规律变更的扫频信号。按相应规律变更的扫频信号。按相应规律变更的扫频信号。按相应规律变更的扫频信号。控制单元控制单元N N位相位累加器位相位累加器相幅转换相幅转换D/AD/A滤波滤波输输出出N N频率频率控制字控制字M MDDSDDS合成扫频信号源原理合成扫频信号源原理f fc cf fo o由于由于DDSDDS的输出频率上限较低，可以接受的输出频率上限较低，可以接受DDSDDS与与PLLPLL组合的方式组合的方式构成扫频信号

8、源。构成扫频信号源。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第6页2 2 合成扫频信号源简介合成扫频信号源简介 uu频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率精频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率精频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率精频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率精确度和辨别力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具有扫确度和辨别力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具有扫确度和辨别力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具有扫确度和辨别力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具有扫频功能和多种调制方式，能够取代扫频信号发生器、频率频功能和多种调制方式，能够

9、取代扫频信号发生器、频率频功能和多种调制方式，能够取代扫频信号发生器、频率频功能和多种调制方式，能够取代扫频信号发生器、频率计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂家和种计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂家和种计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂家和种计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂家和种类很多，其性能特点各不相同。类很多，其性能特点各不相同。类很多，其性能特点各不相同。类很多，其性能特点各不相同。uu例如例如例如例如Agilent83630BAgilent83630BAgilent83630BAgilent83630B具有连续、步进及斜波等多种工作方具有连续

10、、步进及斜波等多种工作方具有连续、步进及斜波等多种工作方具有连续、步进及斜波等多种工作方式，频率输出范围为式，频率输出范围为式，频率输出范围为式，频率输出范围为0.010.010.010.0126.5GHz26.5GHz26.5GHz26.5GHz，单频时的频率辨别，单频时的频率辨别，单频时的频率辨别，单频时的频率辨别力为力为力为力为1 1 1 14Hz4Hz4Hz4Hz，扫频时为扫频范围的，扫频时为扫频范围的，扫频时为扫频范围的，扫频时为扫频范围的0.1%0.1%0.1%0.1%，其长期稳定度为，其长期稳定度为，其长期稳定度为，其长期稳定度为510-10/510-10/510-10/510-

11、10/天，输出频率低于天，输出频率低于天，输出频率低于天，输出频率低于20GHz20GHz20GHz20GHz时，谐波噪声低于时，谐波噪声低于时，谐波噪声低于时，谐波噪声低于-50dBc50dBc50dBc50dBc，单边带相位噪声小于，单边带相位噪声小于，单边带相位噪声小于，单边带相位噪声小于-80dBc-80dBc-80dBc-80dBc，达到了与其它频率，达到了与其它频率，达到了与其它频率，达到了与其它频率合成信号发生器同样的水平。合成信号发生器同样的水平。合成信号发生器同样的水平。合成信号发生器同样的水平。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第7页3.6 3.6 脉冲信号发

12、生器脉冲信号发生器uu常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编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码序列等码序列等码序列等 ：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（依据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器的分类（依据用途和产生脉

13、冲的方法）：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数发生器、数脉冲发生器、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等。字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第8页1.1.通用脉冲发生器通用脉冲发生器通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调整脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅够调整脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。度及极性等。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

14、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技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第9页2.2.快速（广谱）脉冲发生器快速（广谱）脉冲发生器在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来供应在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来供应广谱的激励信号，尤其在微波网络、宽带广谱的激励信号，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。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要有：水银开关脉冲发生器、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

15、晶体管脉冲发生器、阶跃复原二极管脉冲发生器以及雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃复原二极管脉冲发生器以及隧道二极管脉冲发生器等。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技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第10页50mV/DIV30dB1 ns/DIV(a)0-40dB0123GHz(b)过度持续时间为过度持续时间为1ns的脉冲发生器前沿及其频谱的脉冲发生器前沿及其频谱50mV/DIV100 ps/DIV(a)0-40dB0102030GHz(b)隧道二极管脉冲发生器前沿及其频谱隧道二极管脉冲发生器前沿及其频

16、谱 例例如如一一个个前前沿沿上上升升时时间间为为1ns1ns的的脉脉冲冲，其其可可用用频频谱谱重重量量为为1GHz1GHz，而而隧隧道道二二极极管管脉脉冲冲发发生生器器产产生生的的脉脉冲冲前前沿沿上上升升时时间间快快达达15ps15ps，则其可用频谱可以高达，则其可用频谱可以高达30GHz30GHz。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第11页3.7 3.7 函数信号发生器函数信号发生器1.1.多波形信号发生原理多波形信号发生原理uu方波三角波发生器方波三角波发生器方波三角波发生器方波三角波发生器C双稳态双稳态电路电路VC2V2VC1AWRU1I1U2B方波、三角波发生器原理框图方

17、波、三角波发生器原理框图V1设充放电电流为I，输出三角波的频率为fsc，则：电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第12页uu 正弦波形成电路正弦波形成电路正弦波形成电路正弦波形成电路utiustusct分段折线逼近波形综合分段折线逼近波形综合n其电路实现原理如下图所示。其电路实现原理如下图所示。分段逼近波形综合电路分段逼近波形综合电路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BViVoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6B电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第1

18、3页uu 锯齿波形成电路锯齿波形成电路锯齿波形成电路锯齿波形成电路ut（a）ut（b）tu（c）tu（d）锯齿波的获得原理锯齿波的获得原理 锯锯齿齿波波可可以以通通过过方方波波与与三三角角波波而而获获得得，将将下下图图中中（a a）所所示示三三角角波波与与图图（b b）所所示示方方波波干干脆脆叠叠加加就就可可得得到到图图（c c）所所示示的的交交织织锯锯齿齿波波，再再经经过过全全波波整整流流，就就得得到到了了图图（d d）所所示示的锯齿波。的锯齿波。电子测量技术电子测量技术电子测量技术电子测量技术第14页2.2.函数发生器的性能和组成函数发生器的性能和组成uu函数发生器能输出方波，三角波，锯齿

19、波，正弦波等波形，函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，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（具有较宽的频率范围（具有较宽的频率范围（具有较宽的频率范围（0.1Hz0.1Hz0.1Hz0.1Hz几十几十几十几十MHzMHzMHzMHz）及较稳定的频率。）及较稳定的频率。）及较稳定的频率。）及较稳定的频率。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成原理函数发生器基本组成原理