第三章信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)

1、第三章第三章 信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)1 1 概述概述2 2 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)3 3 波形合成技術(shù)波形合成技術(shù)4 4 調(diào)制波形產(chǎn)生技術(shù)調(diào)制波形產(chǎn)生技術(shù)5 5 典型信號(hào)源典型信號(hào)源n第一組：模擬波形合成技術(shù)第一組：模擬波形合成技術(shù)- -講解講解n第二組：模擬波形合成技術(shù)第二組：模擬波形合成技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第三組：數(shù)字波形合成技術(shù)第三組：數(shù)字波形合成技術(shù)- -講解講解n第四組：數(shù)字波形合成技術(shù)第四組：數(shù)字波形合成技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第五組：數(shù)字脈沖波形合成技術(shù)第五組：數(shù)字脈沖波形合成技術(shù)- -講解講解n第六組：數(shù)字脈沖波形合成技術(shù)第六組：數(shù)字

2、脈沖波形合成技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第七組：波形調(diào)理技術(shù)第七組：波形調(diào)理技術(shù)- -講解講解n第八組：波形調(diào)理技術(shù)第八組：波形調(diào)理技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第九組：第九組：DDSDDS的誤差分析的誤差分析- -講解講解n第十組：第十組：DDSDDS的誤差分析的誤差分析- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)小班討論安排小班討論安排n第十組：數(shù)字示波器的模擬通道第十組：數(shù)字示波器的模擬通道- -講解講解n第九組：數(shù)字示波器的模擬通道第九組：數(shù)字示波器的模擬通道- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第八組：數(shù)字示波器的采集系統(tǒng)第八組：數(shù)字示波器的

3、采集系統(tǒng)- -講解講解n第七組：數(shù)字示波器的采集系統(tǒng)第七組：數(shù)字示波器的采集系統(tǒng)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第六組：數(shù)字示波器的高波形捕獲率技術(shù)第六組：數(shù)字示波器的高波形捕獲率技術(shù)- -講解講解n第五組：數(shù)字示波器的高波形捕獲率技術(shù)第五組：數(shù)字示波器的高波形捕獲率技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第四組：數(shù)字示波器的觸發(fā)技術(shù)第四組：數(shù)字示波器的觸發(fā)技術(shù)- -講解講解n第三組：數(shù)字示波器的觸發(fā)技術(shù)第三組：數(shù)字示波器的觸發(fā)技術(shù)- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答n第二組：并行采樣技術(shù)在數(shù)字示波器中的應(yīng)用第二組：并行采樣技術(shù)在數(shù)字示波器中的應(yīng)用- -講解講解n第一組：并行采樣技術(shù)在

4、數(shù)字示波器中的應(yīng)用第一組：并行采樣技術(shù)在數(shù)字示波器中的應(yīng)用- -補(bǔ)充講解補(bǔ)充講解- -主答主答信號(hào)波形測量信號(hào)波形測量小班討論安排小班討論安排 信號(hào)產(chǎn)生和獲取直接決定測試技術(shù)及電子裝備的水平信號(hào)產(chǎn)生和獲取直接決定測試技術(shù)及電子裝備的水平 信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)分析并列為測試技術(shù)和電子系統(tǒng)的兩大核心和信號(hào)分析并列為測試技術(shù)和電子系統(tǒng)的兩大核心 信號(hào) 產(chǎn)生 信號(hào) 傳輸 信號(hào) 獲取 信號(hào) 處理 1 概述概述1 信號(hào)源在自動(dòng)測試中的作用信號(hào)源在自動(dòng)測試中的作用典型的自動(dòng)測試系統(tǒng)典型的自動(dòng)測試系統(tǒng)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(hào)產(chǎn)生技術(shù)的主流和熱點(diǎn)高速復(fù)雜波形合成成為信號(hào)

5、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(hào)數(shù)目增加輸出信號(hào)數(shù)目增加1 信號(hào)產(chǎn)生的發(fā)展趨勢信號(hào)產(chǎn)生的發(fā)展趨勢1.1 1.1 信號(hào)的表征信號(hào)的表征規(guī)則波規(guī)則波便于用函數(shù)表示的波形便于用函數(shù)表示的波形不規(guī)則波不規(guī)則波不可以或者不便于用函數(shù)表示的不可以或者不便于用函數(shù)表示的波形波形幅度幅度：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

6、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：反映交流信號(hào)任何時(shí)刻狀態(tài)的物理量反映交流信號(hào)任何時(shí)刻狀態(tài)的物理量1.1 1.1 信號(hào)的表征信號(hào)的表征時(shí)域基本參數(shù)時(shí)域基本參數(shù)1.1 1.1 信號(hào)的表征信號(hào)的表征特殊參數(shù)（脈沖）特殊參數(shù)（脈沖）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1.2 1.2 信號(hào)源的分類信號(hào)源的分類1. 1. 按頻率范圍按頻率范圍低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器 1MHz1MHz射頻射頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 3 36GHz6GHz微波微波信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 202050GHz50GH

7、z毫米波毫米波信號(hào)發(fā)生器信號(hào)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(hào)發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器函數(shù)函數(shù)/ /任意波發(fā)生器任意波發(fā)生器隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器噪聲信號(hào)發(fā)生器噪聲信號(hào)發(fā)生器 3. 3. 按應(yīng)用特性按應(yīng)用特性合成合成信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器掃頻掃頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器合成掃頻合成掃頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)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(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器模擬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器模擬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器矢量信號(hào)發(fā)生器矢量信號(hào)發(fā)生器1.3 1.3 信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)1. 1. 頻率特性頻率特性u頻率范圍、頻率精度

8、、頻率穩(wěn)定度頻率范圍、頻率精度、頻率穩(wěn)定度u頻率分辨力頻率分辨力u頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間2.2.幅度、電平幅度、電平/ /功率特性功率特性u幅度幅度/ /功率范圍、幅度功率范圍、幅度/ /功率分辨力功率分辨力u幅度精度、幅度平坦度幅度精度、幅度平坦度u輸出阻抗輸出阻抗3. 3. 掃描特性掃描特性u掃描范圍、掃描時(shí)間、掃描精度掃描范圍、掃描時(shí)間、掃描精度 4. 4. 頻譜特性頻譜特性諧波失真諧波失真總諧波失真（總諧波失真（THDTHD）非諧波失真非諧波失真雜散（雜散（SFDRSFDR）相位噪聲相位噪聲頻率頻率電壓電壓f0f0/22f0基波基波非諧波非諧波失真失真諧波諧波失真失真非諧波非諧波失真

9、失真相位相位噪聲噪聲5. 5. 調(diào)制特性調(diào)制特性n幅度調(diào)制：調(diào)制頻率、調(diào)幅深度、調(diào)幅精度、調(diào)幅靈敏度幅度調(diào)制：調(diào)制頻率、調(diào)幅深度、調(diào)幅精度、調(diào)幅靈敏度n頻率調(diào)制：調(diào)制頻率、最大頻偏、頻偏精度、頻偏靈敏度頻率調(diào)制：調(diào)制頻率、最大頻偏、頻偏精度、頻偏靈敏度 n相位調(diào)制：調(diào)制頻率、最大相偏、相偏精度、相偏靈敏度相位調(diào)制：調(diào)制頻率、最大相偏、相偏精度、相偏靈敏度 n脈沖調(diào)制：脈沖周期脈沖調(diào)制：脈沖周期/ /頻率、脈寬、上升下降時(shí)間頻率、脈寬、上升下降時(shí)間1.3 1.3 信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo)實(shí)際正弦信號(hào)的頻譜圖實(shí)際正弦信號(hào)的頻譜圖1.4 1.4 信號(hào)源基本組成信號(hào)源基本組成 直接頻率

10、合成（直接頻率合成（ADSADS）n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 ）n利用利用PLLPLL把把VCOVCO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） n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)優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低

11、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（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)，把負(fù)反饋控制系統(tǒng)，把VCOVCO的輸出頻率鎖定在的輸出頻率鎖定在參考頻率上參考頻率上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

12、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，相位噪聲較大鎖相環(huán)的相位模型K( )FKS)(tUVCOK)(tUF( )of t)(itti)(te)(ttoo( )( )( )eiFVCOetttK K Kt ( )( )eFVCOetK K Kt 當(dāng)輸入輸出存在頻差時(shí)，環(huán)路瞬時(shí)角頻率誤差會(huì)通過反饋的當(dāng)輸入輸出存在頻差時(shí)，環(huán)路瞬時(shí)角頻率誤差會(huì)通過反饋的作用逐漸減小，直到等于零，進(jìn)入作用逐漸減小，直到等于零，進(jìn)入“鎖定鎖定”狀態(tài)！狀態(tài)！PLLPLL主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)n環(huán)路帶寬環(huán)路帶寬 對輸入信號(hào)的相位而言對輸入信號(hào)的相位而言，鎖相環(huán)具有低通濾波，鎖相環(huán)具

13、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(hào)頻率而言對輸入信號(hào)頻率而言，具有窄帶濾波特性。只，具有窄帶濾波特性。只允許輸入信號(hào)角頻率附近的頻率分量通過，阻止允許輸入信號(hào)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)跟蹤輸入頻率！范圍內(nèi)跟蹤輸入頻率！n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

14、許頻差。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 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 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)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

15、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)間越長頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長多環(huán)頻率合成多環(huán)頻率合成iAAfNfiBBfNfMfffBAo/iBAofMNNf)/(思路：粗調(diào)思路：粗調(diào)+精調(diào)精調(diào)例：雙環(huán)合成例：雙環(huán)合成環(huán)環(huán)1 1進(jìn)行頻率粗調(diào)，內(nèi)插振蕩器實(shí)現(xiàn)頻率精調(diào)，混頻環(huán)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行頻率粗調(diào)，內(nèi)插振蕩器實(shí)現(xiàn)頻率精調(diào)，混頻環(huán)實(shí)現(xiàn)頻率求和頻率求和例：輸出為例：輸出為2153.5kHz2153.5kHz思想：思想：可變分頻和多次平均可變分頻和多次平均例如例如4.34.3分頻，只要在分頻，只要在1010次分頻中作次分頻中作7 7（即（即10-310-3）次除）次除4 4

16、，3 3次次除除5 5就可以得到。在輸入信號(hào)的就可以得到。在輸入信號(hào)的1010個(gè)周期內(nèi)，輸出信號(hào)為個(gè)周期內(nèi)，輸出信號(hào)為4343個(gè)周期（個(gè)周期（43=743=7* *4+34+3* *5 5） 。序號(hào)序號(hào)12345678910累加值累加值0.30.60.90.20.50.80.10.40.70分頻系數(shù)分頻系數(shù)4445445445小數(shù)分頻法小數(shù)分頻法小數(shù)分頻電路的改進(jìn)小數(shù)分頻電路的改進(jìn)n小數(shù)分頻時(shí)小數(shù)分頻時(shí), ,輸入輸出頻率之比不是整數(shù)輸入輸出頻率之比不是整數(shù), ,使得鑒相器的輸出使得鑒相器的輸出電壓電壓( (相位誤差相位誤差) )呈階梯變化，這個(gè)電壓加到呈階梯變化，這個(gè)電壓加到VCOVCO上會(huì)使

17、得合上會(huì)使得合成器頻譜變差。成器頻譜變差。n同時(shí)累加值（累加器同時(shí)累加值（累加器ACCUACCU中的存數(shù)）恰好也是與其一致的階中的存數(shù)）恰好也是與其一致的階梯變化，因此將該數(shù)據(jù)進(jìn)行梯變化，因此將該數(shù)據(jù)進(jìn)行D/AD/A轉(zhuǎn)換后加到轉(zhuǎn)換后加到PDPD的輸出端就可的輸出端就可以抵消該變化。以抵消該變化。擴(kuò)展頻率上限的鎖相合成技術(shù)擴(kuò)展頻率上限的鎖相合成技術(shù)擴(kuò)展頻率上限的方法擴(kuò)展頻率上限的方法: : 前置分頻器法前置分頻器法; ;多模分頻器法多模分頻器法前置分頻器法前置分頻器法 在反饋回路加一個(gè)前置的固定分頻器，固定分頻可以做得在反饋回路加一個(gè)前置的固定分頻器，固定分頻可以做得較高，頻率上限提高了較高，頻

18、率上限提高了M M倍，但頻率分辨力下降了倍，但頻率分辨力下降了M M倍。倍。多模分頻鎖相頻率合成技術(shù)多模分頻鎖相頻率合成技術(shù)21212)() 1(NVNVNNVNNiofNVNf)(21變化時(shí)，變化時(shí)，f fo o變化為變化為f fi i，即輸出頻率分辨力為，即輸出頻率分辨力為f fi i1、變模分頻器工作在、變模分頻器工作在V+1分頻模式分頻模式模值（分頻比）可以在多個(gè)固定的值上改變的分頻器模值（分頻比）可以在多個(gè)固定的值上改變的分頻器 多模分頻器的最高工作頻率不如固定的前置分頻器高，但比可多模分頻器的最高工作頻率不如固定的前置分頻器高，但比可變分頻器高得多變分頻器高得多2、N2計(jì)數(shù)器記滿后

19、停止記數(shù)，同時(shí)將變模分頻器切換到計(jì)數(shù)器記滿后停止記數(shù)，同時(shí)將變模分頻器切換到V分頻模式分頻模式3、N1計(jì)數(shù)器記滿輸出脈沖給計(jì)數(shù)器記滿輸出脈沖給PD，然后重置計(jì)數(shù)器，重新開始計(jì)數(shù)，然后重置計(jì)數(shù)器，重新開始計(jì)數(shù)PLLPLL實(shí)例：十進(jìn)頻率合成器實(shí)例：十進(jìn)頻率合成器 n采用了十進(jìn)鎖相合成單元，輸出頻率是采用采用了十進(jìn)鎖相合成單元，輸出頻率是采用十進(jìn)數(shù)字盤來選擇，它可以提供更高的輸出十進(jìn)數(shù)字盤來選擇，它可以提供更高的輸出頻率準(zhǔn)確度。頻率準(zhǔn)確度。（1 1）十進(jìn)頻率合成器組成）十進(jìn)頻率合成器組成 五個(gè)五個(gè)DS-1合成單元串接起來，其輸出頻率被送到合成合成單元串接起來，其輸出頻率被送到合成單元單元DS-2，得

20、到輸出頻率為，得到輸出頻率為(2122)MHz DS-2的輸出加到合成單元的輸出加到合成單元DS-4，得到輸出頻率為，得到輸出頻率為(101122)MHz 合成單元合成單元DS-3輸出為輸出為(10192)MHz DS-3與與DS-4的輸出頻率加到混頻器的輸出頻率加到混頻器M進(jìn)行相減，最后得到進(jìn)行相減，最后得到200Hz30MHz的輸出頻率的輸出頻率十進(jìn)鎖相式頻率合成器組成框圖十進(jìn)鎖相式頻率合成器組成框圖8個(gè)表盤，輸出范圍個(gè)表盤，輸出范圍200Hz-30MHz，分辨率，分辨率1Hz1）DS-1合成單元合成單元倍頻、混頻、分頻倍頻、混頻、分頻輸出范圍：（輸出范圍：（1.2-1.3）MHz刻度盤選

21、擇倍頻環(huán)的輸出頻率刻度盤選擇倍頻環(huán)的輸出頻率2 2）DS-2DS-2合成單元合成單元3 3）DS-3DS-3合成單元合成單元4 4）DS-4DS-4合成單元合成單元5)5)輸出頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)輸出頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)n為了使輸出頻率連續(xù)可調(diào)，頻率合成器中加入了為了使輸出頻率連續(xù)可調(diào)，頻率合成器中加入了一個(gè)內(nèi)插振蕩器一個(gè)內(nèi)插振蕩器 當(dāng)選擇開關(guān)當(dāng)選擇開關(guān)S S置于置于1 1時(shí)，內(nèi)插振蕩器是一個(gè)倍頻環(huán)，它輸出一時(shí)，內(nèi)插振蕩器是一個(gè)倍頻環(huán)，它輸出一個(gè)個(gè)1.2MHz1.2MHz的固定點(diǎn)頻，此時(shí)頻率合成器只能輸出離散頻率。的固定點(diǎn)頻，此時(shí)頻率合成器只能輸出離散頻率。 當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開關(guān)當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開關(guān)S S置于

22、置于2 2時(shí)，時(shí)，VCOVCO就作為一個(gè)頻率連續(xù)可就作為一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的振蕩器工作，調(diào)節(jié)電位器調(diào)的振蕩器工作，調(diào)節(jié)電位器P P，改變，改變VCOVCO的偏壓，可使它的輸?shù)钠珘?，可使它的輸出在出?.2MHz1.2MHz1.3MHz1.3MHz之間連續(xù)變化。之間連續(xù)變化。 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

23、 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)GHz, 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)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 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(dòng)，相位圓對應(yīng)正弦波一個(gè)周期的波形。波形轉(zhuǎn)動(dòng)

24、，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)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 wnwHjwT 01snYjwXj wnwHjw HjwT 任意波形合成方法及采樣模型任

25、意波形合成方法及采樣模型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 DDS/PLLDDS/PLL組合應(yīng)用組合應(yīng)用此時(shí)輸出頻率為：此時(shí)輸出頻率為：NcrDPofMfKfff23 3 波形產(chǎn)生波形產(chǎn)生n模擬方法模擬方法n數(shù)字方法數(shù)字方法n波形調(diào)理方法波形調(diào)理方法3.1 3.1 模擬波形產(chǎn)生模擬波形產(chǎn)生振蕩法振蕩法1.1.方波三角波產(chǎn)生方波三角波產(chǎn)生C設(shè)充放電電流為設(shè)充放電電流為I I，輸出三角波的頻率為，輸

26、出三角波的頻率為f fscsc，則：，則：)(2)(221121VVRCUVVCIfsc震蕩產(chǎn)生正弦波震蕩產(chǎn)生正弦波- -文氏電橋文氏電橋12ofRC振蕩條件振蕩條件R2=2R1 波形變換波形變換n積分產(chǎn)生三角波積分產(chǎn)生三角波n比較產(chǎn)生方波、疊加、整流產(chǎn)生鋸齒波比較產(chǎn)生方波、疊加、整流產(chǎn)生鋸齒波n濾波產(chǎn)生正弦波濾波產(chǎn)生正弦波非線性變換產(chǎn)生正弦波非線性變換產(chǎn)生正弦波脈沖波形生成技術(shù)脈沖波形生成技術(shù)n常規(guī)脈沖生成常規(guī)脈沖生成1 1、利用各種形式的多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波；、利用各種形式的多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波；2 2、利用整形電路將現(xiàn)有的各種觸發(fā)信號(hào)變、利用整形電路將現(xiàn)有的各種觸發(fā)信號(hào)變換成符合要求的矩

27、形脈沖波形。換成符合要求的矩形脈沖波形。n快沿（納秒快沿（納秒/ /皮秒級別）脈沖生成皮秒級別）脈沖生成隧道二極管、雪崩晶體三極管、階躍恢復(fù)二隧道二極管、雪崩晶體三極管、階躍恢復(fù)二極管極管、耿式器件等分立元件；耿式器件等分立元件；水銀開關(guān)、脈沖放電管、光導(dǎo)開關(guān)。水銀開關(guān)、脈沖放電管、光導(dǎo)開關(guān)。3.2 數(shù)字波形合成數(shù)字波形合成nDDFSDDFS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)直接數(shù)字頻率合成技術(shù)nDDWSDDWS直接數(shù)字波形合成技術(shù)直接數(shù)字波形合成技術(shù)n數(shù)字脈沖合成技術(shù)數(shù)字脈沖合成技術(shù)采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘輸出輸出地址地址 發(fā)生器發(fā)生器 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 MD

28、 可變時(shí)鐘發(fā)生器可變時(shí)鐘發(fā)生器 直接數(shù)字波形合成直接數(shù)字波形合成DDWS1sooffTn DDWS可看作是某一特定采樣時(shí)鐘下，頻率控可看作是某一特定采樣時(shí)鐘下，頻率控制字為制字為2N-M的的DDFS直接數(shù)字波形合成技術(shù)直接數(shù)字波形合成技術(shù)數(shù)字脈沖合成技術(shù)數(shù)字脈沖合成技術(shù)（1）序列式脈沖發(fā)生技術(shù)）序列式脈沖發(fā)生技術(shù)（2 2）數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)）數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)極窄脈沖極窄脈沖/單脈沖發(fā)生單脈沖發(fā)生雙脈沖發(fā)生雙脈沖發(fā)生群脈沖發(fā)生群脈沖發(fā)生數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)極窄脈沖極窄脈沖/單脈沖發(fā)生單脈沖發(fā)生數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)雙脈沖發(fā)生雙脈沖發(fā)生數(shù)字合

29、成式脈沖發(fā)生技術(shù)數(shù)字合成式脈沖發(fā)生技術(shù)群脈沖發(fā)生群脈沖發(fā)生3.3 信號(hào)調(diào)理技術(shù)信號(hào)調(diào)理技術(shù)幅度調(diào)理幅度調(diào)理n直接衰減法：利用機(jī)械或電子開關(guān)的多級衰減器實(shí)直接衰減法：利用機(jī)械或電子開關(guān)的多級衰減器實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的功率輸出?，F(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的功率輸出。n自動(dòng)電平環(huán)路控制法：自動(dòng)電平環(huán)路控制法：ALCALC（automatic level automatic level controlcontrol）利用負(fù)反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度和高穩(wěn)定）利用負(fù)反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度和高穩(wěn)定度的信號(hào)幅度控制。度的信號(hào)幅度控制。 l射頻信號(hào)的一部分經(jīng)檢波射頻信號(hào)的一部分經(jīng)檢波轉(zhuǎn)化為與信號(hào)幅度成正比轉(zhuǎn)化為與信號(hào)幅度成正比的直流電

30、壓，在的直流電壓，在ALCALC驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與預(yù)設(shè)的參考電壓比較、器與預(yù)設(shè)的參考電壓比較、積分后形成誤差電壓積分后形成誤差電壓l誤差電壓調(diào)整誤差電壓調(diào)整ALCALC調(diào)制器調(diào)制器的衰減量直到檢波電壓和的衰減量直到檢波電壓和參考電壓相同。參考電壓相同。信號(hào)調(diào)理技術(shù)信號(hào)調(diào)理技術(shù)脈沖邊沿調(diào)理脈沖邊沿調(diào)理調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制模擬調(diào)制n幅度調(diào)制（幅度調(diào)制（AMAM）/ /脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制一般在一般在ALCALC系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)AMAM：乘法器：乘法器脈沖調(diào)制：脈沖調(diào)制：PINPIN二極管（通斷控制）二極管（通斷控制）n頻率（頻率（FMFM）調(diào)制）調(diào)制/ /相位（相位（FMFM）調(diào)制）調(diào)制直接調(diào)頻：調(diào)

31、制信號(hào)作為直接調(diào)頻：調(diào)制信號(hào)作為VCOVCO控制電壓的交流部分控制電壓的交流部分間接調(diào)頻：調(diào)制信號(hào)積分后通過調(diào)相網(wǎng)絡(luò)間接調(diào)頻：調(diào)制信號(hào)積分后通過調(diào)相網(wǎng)絡(luò) 調(diào)相：相位是頻率的積分，實(shí)現(xiàn)上可以相互轉(zhuǎn)化調(diào)相：相位是頻率的積分，實(shí)現(xiàn)上可以相互轉(zhuǎn)化調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)基于基于DDS的數(shù)字調(diào)制的數(shù)字調(diào)制n掃頻（SWEEP）、調(diào)頻（FM）n調(diào)幅(AM)n脈沖猝發(fā)調(diào)制(BURST)n頻移鍵控(FSK) 、相移鍵控(PSK)FM定義定義 輸出信號(hào)（載波信號(hào)）頻率隨調(diào)制信號(hào)幅度變化而變化AM模塊模塊載波信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化載波信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化AM模塊模塊n函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，

32、三角波，鋸齒波，正弦函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，具有較寬的頻率范圍（波等波形，具有較寬的頻率范圍（0.1Hz0.1Hz幾十幾十MHzMHz）及較穩(wěn)定的頻率。）及較穩(wěn)定的頻率。函數(shù)發(fā)生器的性能和組成函數(shù)發(fā)生器的性能和組成脈沖發(fā)生器的組成脈沖發(fā)生器的組成基于基于DDSDDS的任意波形產(chǎn)生的任意波形產(chǎn)生VXI、PXI任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器臺(tái)式任意波形發(fā)生器臺(tái)式任意波形發(fā)生器序列合成技術(shù)序列合成技術(shù)模擬通道模擬通道濾波器濾波器組組幅度幅度精調(diào)精調(diào)加偏加偏電路電路線性線性放大放大輸出輸出高速任意波形合成高速任意波形合成波形存儲(chǔ)波形存儲(chǔ)矩陣矩陣地址地址發(fā)生器發(fā)生器時(shí)鐘時(shí)鐘發(fā)生

33、器發(fā)生器高速高速DACDAC嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)可編程接口可編程接口人機(jī)交互接口人機(jī)交互接口電源模塊電源模塊設(shè)計(jì)方案合成掃頻信號(hào)源合成掃頻信號(hào)源頻率特性測試方法頻率特性測試方法點(diǎn)頻法和掃頻法點(diǎn)頻法和掃頻法點(diǎn)頻法點(diǎn)頻法 ：逐點(diǎn)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，并用電壓表等設(shè)：逐點(diǎn)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，并用電壓表等設(shè)備記錄被測系統(tǒng)的響應(yīng)。備記錄被測系統(tǒng)的響應(yīng)。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，但繁瑣費(fèi)時(shí)，頻率間隔較大。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，但繁瑣費(fèi)時(shí)，頻率間隔較大。 掃頻法掃頻法：利用掃頻信號(hào)發(fā)生器輸出自動(dòng)連續(xù)變化的頻率信號(hào)，利用掃頻信號(hào)發(fā)生器輸出自動(dòng)連續(xù)變化的頻率信號(hào)，對被測系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)式的掃頻測試。對被測系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)式的

34、掃頻測試。特點(diǎn)：簡單快捷，可以方便地測量系統(tǒng)的頻率特性及動(dòng)態(tài)特特點(diǎn)：簡單快捷，可以方便地測量系統(tǒng)的頻率特性及動(dòng)態(tài)特性。性。 掃頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理掃頻信號(hào)發(fā)生器的組成原理掃描發(fā)生器產(chǎn)生掃描斜坡電壓信號(hào)，通過主振驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換為掃描電壓掃描發(fā)生器產(chǎn)生掃描斜坡電壓信號(hào)，通過主振驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換為掃描電壓或電流，驅(qū)動(dòng)微波主振實(shí)現(xiàn)掃頻。主振驅(qū)動(dòng)電路還對微波主振調(diào)諧特或電流，驅(qū)動(dòng)微波主振實(shí)現(xiàn)掃頻。主振驅(qū)動(dòng)電路還對微波主振調(diào)諧特性進(jìn)行補(bǔ)償。性進(jìn)行補(bǔ)償。調(diào)制驅(qū)動(dòng)器將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿足要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)制組件，調(diào)制驅(qū)動(dòng)器將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿足要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)制組件，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的調(diào)制調(diào)制組件

35、通常為線性調(diào)制和脈沖調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)微波電平控制。調(diào)制組件通常為線性調(diào)制和脈沖調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)微波電平控制。輸出組件實(shí)現(xiàn)微波輸出信號(hào)的濾波、放大、電平檢測等輸出組件實(shí)現(xiàn)微波輸出信號(hào)的濾波、放大、電平檢測等ALC電路將輸出組件中檢波輸出的電平通過對數(shù)放大，然后反饋來控電路將輸出組件中檢波輸出的電平通過對數(shù)放大，然后反饋來控制調(diào)制組件，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅的目的制調(diào)制組件，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅的目的CPU電源電源掃描掃描發(fā)生器發(fā)生器微波主振微波主振調(diào)制驅(qū)動(dòng)器調(diào)制驅(qū)動(dòng)器調(diào)制組件調(diào)制組件ALC系統(tǒng)系統(tǒng)輸出組件輸出組件主振驅(qū)動(dòng)主振驅(qū)動(dòng) 微波振蕩器微波振蕩器n變?nèi)荻O管調(diào)諧振蕩器、壓控振蕩器變?nèi)荻O管調(diào)諧振蕩器、壓控振蕩器（VCOVCO）、）、YIGYIG調(diào)諧振蕩器（調(diào)諧振蕩器（YTOYTO）、返波管）、返波管振蕩器（振蕩器（BWOBWO）等。）等。nYTO在頻率覆蓋、調(diào)諧線性、頻譜純度以及在頻率覆蓋、調(diào)諧線性、頻譜純度以及體積、重量和可靠性等方面具有優(yōu)勢，體積、重量和可靠性等方面具有優(yōu)勢， 且易且易于實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。于實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。n現(xiàn)代的寬帶微波合成信號(hào)發(fā)生器幾乎無一例現(xiàn)代的寬帶微波合成信號(hào)發(fā)生器幾乎無一例外地采用外地采用YTO作為核心微波振蕩器。作為核心微波振蕩器。 矢量信號(hào)產(chǎn)生矢量信號(hào)產(chǎn)生n數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制有更好的頻譜利用率和發(fā)送數(shù)字調(diào)制比模