第3章 信號(hào)發(fā)生器-3

1、電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第1頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第2頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第3頁(yè)內(nèi)調(diào)制信號(hào)內(nèi)調(diào)制信號(hào)振動(dòng)器振動(dòng)器緩沖放大器緩沖放大器調(diào)幅器調(diào)幅器調(diào)制度計(jì)調(diào)制度計(jì)步進(jìn)衰減步進(jìn)衰減 輸出級(jí)輸出級(jí) 電子電壓表電子電壓表主振蕩器主振蕩器調(diào)頻器調(diào)頻器電源電源FMFMAMAMS S1 1S S2 2調(diào)制輸出調(diào)制輸出外調(diào)制輸入外調(diào)制輸入輸出輸出電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第4頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第5頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第6頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第7頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第8頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第9頁(yè)3.4.2.1 3.4.2.1 頻率合成的基本概念頻率合成的基本概念頻率頻率1

2、 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)頻率電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第10頁(yè)晶振晶振諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（分頻（1010）8MHz8MHz混頻（混頻（+ +）混頻（混頻（+ +）2MHz2MHz濾波濾波分頻（分頻（1010）2.8MHz2.8MHz濾波濾波0.28MHz0.28MHz分頻（分頻（1010）混頻（混頻（+ +）濾波濾波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直

3、接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。頻率切換迅速，相位噪聲很低。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第11頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第12頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第13頁(yè)鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第14頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第15頁(yè)（a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波諧波形成形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字

4、倍頻環(huán)VCOPDLPFfiN倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖fiNPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖）倍頻環(huán)簡(jiǎn)化圖電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第16頁(yè)分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）數(shù)字分頻環(huán)）數(shù)字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波諧波形成形成（a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán)fiNPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡(jiǎn)化圖）分頻環(huán)簡(jiǎn)化圖電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第17頁(yè)P(yáng)DLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán)fo=

5、 fi1- fi2混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)+PLLfi1fi2fo= fi1+ fi2-PLLfi1fi2fo= fi1- fi2（c）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖）相加環(huán)簡(jiǎn)化圖（d）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖）相減環(huán)簡(jiǎn)化圖電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第18頁(yè)fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器環(huán)環(huán)1環(huán)環(huán)2倍頻環(huán)倍頻環(huán)加法混頻環(huán)加法混頻環(huán)（a） 雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合

6、成器原理結(jié)構(gòu)圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖VCO1PD1LPF1諧波諧波形成形成電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第19頁(yè)（1）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(lái)，其輸出頻率被送到合成合成單元串接起來(lái)，其輸出頻率被送到合成單元單元DS-2，得到輸出頻率為，得到輸出頻率為2122MHz , DS-2的輸出加到的輸出加到合成單元合成單元DS-4，得到輸出頻率為，得到輸出頻率為101122MHz ,合成單元合成單元DS-3輸出為輸出為10192MHz， DS-3與與DS-4的輸出頻率加到混的輸出頻率加到混頻器頻器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。 電子

7、測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第20頁(yè)DS-10-91HzDS-10-910HzDS-10-9100HzDS-10-91KHzDS-10-910KHzDS-20-9100KHzDS-40-210MHzDS-30-21MHz2122MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz1.21.3MHz內(nèi)插振蕩器01Hz1.21.3MHz9MHz100KHzM（-）10192MHz101122MHz200Hz30MHz5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S5電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第21頁(yè)VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz諧波諧波形成形成Nf

8、iDS-1原理框圖原理框圖M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基準(zhǔn)基準(zhǔn)后一位合成單元后一位合成單元10.210.3MHz101213MHz1.21.3MHz倍頻環(huán)倍頻環(huán)電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第22頁(yè)VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz諧波諧波形成形成NfiDS-2原理框圖原理框圖M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基準(zhǔn)基準(zhǔn)“10KHz”單元輸出單元輸出19.219.3MHz2122MHz倍頻環(huán)倍頻環(huán)218MHz電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第23頁(yè)VCOPDLPF10192MHz1MHz諧波諧波形成形成NfiDS-3原理框圖原理框圖倍頻環(huán)倍頻環(huán)fi電子測(cè)量技術(shù)

9、電子測(cè)量技術(shù)第24頁(yè)P(yáng)DLPFVCOM（）（）DS-2的輸出的輸出0：80MHz加法混頻環(huán)加法混頻環(huán)2122MHz101122MHzDS-4原理框圖原理框圖基準(zhǔn)基準(zhǔn)倍 頻倍 頻環(huán)環(huán)5MHzVCOPDLPF諧波諧波形成形成1：90MHz2：100MHz電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第25頁(yè)VCOPDLPF1.21.3MHz100KHz諧波諧波形成形成內(nèi)插振蕩器組成框圖內(nèi)插振蕩器組成框圖基準(zhǔn)基準(zhǔn)12S+P 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)當(dāng)選擇開(kāi)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)

10、頻率合成器只能輸出離散頻率。 當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開(kāi)關(guān)當(dāng)內(nèi)插振蕩器的開(kāi)關(guān)S S置于置于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。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第26頁(yè)頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算一般采頻率增量越小，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)公式用經(jīng)驗(yàn)公式 ieft/25 在保證轉(zhuǎn)換時(shí)間不變的前提下，提高頻率分辨力的途徑主在保證轉(zhuǎn)換時(shí)間不變的前提下，提高頻

11、率分辨力的途徑主要有：要有：多環(huán)頻率合成法；小數(shù)分頻法。多環(huán)頻率合成法；小數(shù)分頻法。 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第27頁(yè)三環(huán)三環(huán)PLL合成器合成器VCOBPDBLPFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖fBfA電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第28頁(yè)iAAfNfiBBfNf由環(huán)由環(huán)C C有：有： MfffBAo/因此，合成器的輸出頻率為因此，合成器的輸出頻率為 ：iBAofMNNf)/(電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第29頁(yè)例如要實(shí)現(xiàn)例如要實(shí)現(xiàn)4.34.3的小數(shù)分頻，只要在的小數(shù)分頻，只要在1

12、010次分頻中作次分頻中作7 7（即（即10-310-3）次除次除4 4，3 3次除次除5 5就可以得到。又如，要實(shí)現(xiàn)就可以得到。又如，要實(shí)現(xiàn)7.327.32的小數(shù)分頻，只的小數(shù)分頻，只要在每要在每100100次分頻中作次分頻中作6868（100-32100-32）次除）次除7 7，3232次除次除8 8即可。即可。VCOPDLPFuifiNfoN存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器F存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器uo脈沖脈沖刪除刪除接口接口小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖OVFACCU電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第30頁(yè)表表3 3-1 -1 輸入信號(hào)每周期內(nèi)的分頻系數(shù)和累加值（分頻比為輸入信號(hào)每周期內(nèi)的分頻系數(shù)和累加值（分頻比為4.

13、34.3）電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第31頁(yè)VCOPDLPFurfrNDACfoN存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器F存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器uo脈沖脈沖刪除刪除接口接口改進(jìn)的小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖改進(jìn)的小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)電路圖+OVFACCU-電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第32頁(yè)前置分頻鎖相頻率合成器前置分頻鎖相頻率合成器PDLPFVCONM模數(shù)控制模數(shù)控制fifofd該方法使頻率上限提高了該方法使頻率上限提高了M倍，但頻率分辨力下降了倍，但頻率分辨力下降了M倍倍電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第33頁(yè)P(yáng)DLPFVCON1N2V/V+1fifo變模分頻器變模分頻器模式控制模式控制雙模分頻鎖相頻率合成器雙模分頻鎖相頻率合成器置初值置初值N N1 1輸

14、出到鑒相器的一個(gè)參考周期中，包含的輸出到鑒相器的一個(gè)參考周期中，包含的VCOVCO輸出信號(hào)輸出信號(hào)的周期數(shù)的周期數(shù)N N為為: : 21212)() 1(NVNVNNVNN電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第34頁(yè)iofNVNf)(21此時(shí)雙模分頻器的工作頻率為：此時(shí)雙模分頻器的工作頻率為：fo分頻器分頻器的工作頻率為：的工作頻率為： fo v分頻器分頻器的工作頻率為：的工作頻率為： fo （v） 由上式可知，當(dāng)由上式可知，當(dāng)變化時(shí)，變化時(shí)，f fo o變化為變化為f fi i，即輸出頻，即輸出頻率分辨力為率分辨力為f fi i因此在保持頻率分辨力不變的前提下提因此在保持頻率分辨力不變的前提下提高了合成

15、器的最大輸出頻率。高了合成器的最大輸出頻率。電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第35頁(yè)3.3.1直接數(shù)字合成基本原理 設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為，正弦波每一周期由個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為，正弦波每一周期由個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)成，則該正弦波的頻率為：成，則該正弦波的頻率為：NfNTfcco1電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第36頁(yè)地址計(jì)數(shù)器地址計(jì)數(shù)器（N）正弦波正弦波ROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器D/ALPFfcfoDDS組成原理組成原理輸出信號(hào)頻率輸出信號(hào)頻率fo: 取決于兩個(gè)因數(shù)：參考時(shí)鐘頻率；取決于兩個(gè)因數(shù)：參考時(shí)鐘頻率；ROMROM中存儲(chǔ)的正弦波；中存儲(chǔ)的正弦波；NMffco如果如果地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)地址計(jì)數(shù)器以步進(jìn)M M（M=1)M=

16、1)進(jìn)行累加，則可在進(jìn)行累加，則可在f fc c和和ROMROM數(shù)據(jù)不變的情況下改變數(shù)據(jù)不變的情況下改變輸出頻率，此時(shí)輸出頻率，此時(shí)fo為：為：電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第37頁(yè)相位相位鎖存器鎖存器頻率控制字頻率控制字M相位累加器相位累加器fr波形存儲(chǔ)波形存儲(chǔ)RAMD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LPFfo2448位位1416位位相位累加器原理相位累加器原理電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第38頁(yè)步進(jìn)步進(jìn)點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248數(shù)字相位圓數(shù)字相位圓電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第39頁(yè)cNofMf2實(shí)際應(yīng)用中一般

17、取實(shí)際應(yīng)用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第40頁(yè)輸出輸出輸出輸出串串/并并選擇選擇6位地址或位地址或串行編程串行編程8位并位并行數(shù)據(jù)行數(shù)據(jù)FSK/BPSK/HOLD數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入420參考時(shí)鐘參考時(shí)鐘倍乘倍乘頻頻率率累累加加器器相位偏移相位偏移及調(diào)制及調(diào)制 +相相位位累累加加器器相相位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器300MHzDDS參參考考時(shí)時(shí)鐘鐘濾波濾波器器濾波濾波器器12位位D/AM/DAC復(fù)位復(fù)位12位位D/A頻率控制字頻率控制字/相位字啟停邏輯相位字啟停邏輯I/O更新更新讀寫(xiě)讀寫(xiě)可編程寄存器可編程寄存器48位頻率位頻率控制字控制字14位相位位相位偏移偏移/調(diào)制調(diào)制I/O端口緩沖端口緩沖12位位AM調(diào)制調(diào)制比較器比較器模擬輸入模擬輸入時(shí)鐘輸出時(shí)鐘輸出AD9854 DDS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+-電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù)第41頁(yè)相位累相位累加器加器參考參考時(shí)鐘時(shí)鐘相位相位調(diào)制器調(diào)制器D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換濾波濾波CPU接口接口輸出輸出頻率控制字頻率控制字波形波形存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器SRAM 基于可編程芯片的基于可編程芯片的DDS頻率合成信號(hào)源頻率合成信號(hào)源