第3章 信号发生器-3

1、电子测量技术电子测量技术 第1页 电子测量技术电子测量技术 第2页 电子测量技术电子测量技术 第3页 内调制信号内调制信号 振动器振动器 缓冲放大器缓冲放大器 调幅器调幅器 调制度计调制度计 步进衰减步进衰减 输出级输出级 电子电压表电子电压表 主振荡器主振荡器 调频器调频器 电源电源 FMFMAMAM S S1 1 S S2 2 调制输出调制输出 外调制输入外调制输入 输出输出 电子测量技术电子测量技术 第4页 电子测量技术电子测量技术 第5页 电子测量技术电子测量技术 第6页 电子测量技术电子测量技术 第7页 电子测量技术电子测量技术 第8页 电子测量技术电子测量技术 第9页 3.4.2.

2、1 3.4.2.1 频率合成的基本概念频率合成的基本概念 频率频率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 电子测量技术电子测量技术 第10页 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 6MHz6MHz 6.28MHz6.

3、28MHz 0.628MHz0.628MHz 3MHz3MHz 3.628MHz3.628MHz 直接式频率合成原理框图直接式频率合成原理框图 1MHz1MHz 1MHz1MHz 9MHz9MHz 优点：优点：频率切换迅速，相位噪声很低。频率切换迅速，相位噪声很低。 缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。 电子测量技术电子测量技术 第11页 电子测量技术电子测量技术 第12页 电子测量技术电子测量技术 第13页 锁相环控制系统原理图锁相环控制系统原理图 fr Vr VCOPDLPF Vo fO Vd 电子测量技术电子测量

4、技术 第14页 电子测量技术电子测量技术 第15页 （a） 谐波倍频环谐波倍频环 VCOPDLPF fO=Nfi fi谐波谐波 形成形成 Nfifo=Nfi （b）数字倍频环）数字倍频环 VCOPDLPF fi N 倍频式锁相环原理图倍频式锁相环原理图 fi N PLL Nfi （c）倍频环简化图）倍频环简化图 电子测量技术电子测量技术 第16页 分频式锁相环原理图分频式锁相环原理图 VCOPDLPF fo=fi/N fi N （b）数字分频环）数字分频环 VCOPDLPF fo=fi/N fi 谐波谐波 形成形成 （a）谐波分频环）谐波分频环 fi N PLL fo=fi/N （c）分频环简

5、化图）分频环简化图 电子测量技术电子测量技术 第17页 PDLPFVCO M （）（） fi1 fi2 fo+fi2 （b）相减混频环）相减混频环 PDLPFVCO M （）（） fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 fo-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 + PLL fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 - PLL fi1 fi2 fo= 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 电子测量技术电子测量技术 第18页 fo= Nfi1+ fi2 34005100 KHz 10KHz PD2L

6、PF2VCO2 M （）（） fi2 fi1 fo-Nfi1 Nfi1 内插振荡器内插振荡器 环环1 环环2 倍频环倍频环 加法混频环加法混频环 （a） 双环合成器原理结构框图双环合成器原理结构框图 100110KHz N PLL Nfi1 + PLL fi1 fi2 fo=N fi1+ fi2 （b） 双环合成器简化结构框图双环合成器简化结构框图 双环合成器原理结构图双环合成器原理结构图 VCO1PD1LPF1 谐波谐波 形成形成 电子测量技术电子测量技术 第19页 （1）十进频率合成器组成 五个五个DS-1合成单元串接起来，其输出频率被送到合成合成单元串接起来，其输出频率被送到合成 单元单

7、元DS-2，得到输出频率为，得到输出频率为2122MHz , DS-2的输出加到的输出加到 合成单元合成单元DS-4，得到输出频率为，得到输出频率为101122MHz ,合成单元合成单元 DS-3输出为输出为10192MHz， DS-3与与DS-4的输出频率加到混的输出频率加到混 频器频器M进行相减，最后得到进行相减，最后得到200Hz30MHz的输出频率。的输出频率。 电子测量技术电子测量技术 第20页 DS-1 0-9 1Hz DS-1 0-9 10Hz DS-1 0-9 100Hz DS-1 0-9 1KHz DS-1 0-9 10KHz DS-2 0-9 100 KHz DS-4 0-

8、2 10MHz DS-3 0-2 1MHz 2122 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 1.21.3 MHz 内插振荡器 01Hz 1.21.3MHz 9MHz 100KHz M （-） 10192MHz101122 MHz 200Hz30MHz 5MHz 9MHz 1MHz 100KHz 2.5MHz S1 S2 S3S4S5 电子测量技术电子测量技术 第21页 VCOPDLPF 1.8 2.7 MHz 100KHz 谐波谐波 形成形成 Nfi DS-1原理框图原理框图 M1 （）（） M2 （）（） 9MHz 1.21.3MHz

9、 基准基准 后一位合成单元后一位合成单元 10.2 10.3MHz 10 1213 MHz 1.2 1.3 MHz 倍频环倍频环 电子测量技术电子测量技术 第22页 VCOPDLPF 1.82.7 MHz 100KHz 谐波谐波 形成形成 Nfi DS-2原理框图原理框图 M1 （）（） M2 （）（） 9MHz 1.21.3MHz 基准基准 “10KHz”单元输出单元输出 19.219.3MHz 2122MHz 倍频环倍频环 2 18MHz 电子测量技术电子测量技术 第23页 VCOPDLPF 10192 MHz 1MHz 谐波谐波 形成形成 Nfi DS-3原理框图原理框图 倍频环倍频环

10、fi 电子测量技术电子测量技术 第24页 PDLPFVCO M （）（） DS-2的输出的输出 0：80MHz 加法混频环加法混频环 2122MHz 101122MHz DS-4原理框图原理框图 基准基准 倍 频倍 频 环环 5MHz VCO PD LPF 谐波谐波 形成形成 1：90MHz 2：100MHz 电子测量技术电子测量技术 第25页 VCO PDLPF 1.21.3 MHz 100KHz 谐波谐波 形成形成 内插振荡器组成框图内插振荡器组成框图 基准基准 1 2 S + P 当选择开关当选择开关S S置于置于1 1时，内插振荡器是一个倍频环，它输出一时，内插振荡器是一个倍频环，它输

11、出一 个个1.2MHz1.2MHz的固定点频，此时频率合成器只能输出离散频率。的固定点频，此时频率合成器只能输出离散频率。 当内插振荡器的开关当内插振荡器的开关S S置于置于2 2时，时，VCOVCO就作为一个频率连续可就作为一个频率连续可 调的振荡器工作，调节电位器调的振荡器工作，调节电位器P P，改变，改变VCOVCO的偏压，可使它的输的偏压，可使它的输 出在出在1.2MHZ1.2MHZ1.3MHZ1.3MHZ之间连续变化。之间连续变化。 电子测量技术电子测量技术 第26页 频率增量越小，转换时间越长，转换时间的计算一般采频率增量越小，转换时间越长，转换时间的计算一般采 用经验公式用经验公

12、式 ieft/25 在保证转换时间不变的前提下，提高频率分辨力的途径主在保证转换时间不变的前提下，提高频率分辨力的途径主 要有：要有：多环频率合成法；小数分频法。多环频率合成法；小数分频法。 电子测量技术电子测量技术 第27页 三环三环PLL合成器合成器 VCOBPDBLPFB fB fi NB M VCOC PDC LPFC BPF fo VCOAPDALPFA + NA fA NA PLL + PLL M NB PLL fifo 三环合成器简化框图三环合成器简化框图 fB fA 电子测量技术电子测量技术 第28页 iAAfNf iBBfNf 由环由环C C有：有： MfffBAo/ 因此，

13、合成器的输出频率为因此，合成器的输出频率为 ： iBAofMNNf)/( 电子测量技术电子测量技术 第29页 例如要实现例如要实现4.34.3的小数分频，只要在的小数分频，只要在1010次分频中作次分频中作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，要实现就可以得到。又如，要实现7.327.32的小数分频，只的小数分频，只 要在每要在每100100次分频中作次分频中作6868（100-32100-32）次除）次除7 7，3232次除次除8 8即可。即可。 VCOPD LPF ui fi N fo N存储器存储器F存储器存储器 uo 脉冲脉冲 删除删除

14、 接口接口 小数分频实现电路图小数分频实现电路图 OVF ACCU 电子测量技术电子测量技术 第30页 表表3 3-1 -1 输入信号每周期内的分频系数和累加值（分频比为输入信号每周期内的分频系数和累加值（分频比为4.34.3） 电子测量技术电子测量技术 第31页 VCOPDLPF ur fr N DAC fo N存储器存储器F存储器存储器 uo 脉冲脉冲 删除删除 接口接口 改进的小数分频实现电路图改进的小数分频实现电路图 + OVF ACCU - 电子测量技术电子测量技术 第32页 前置分频锁相频率合成器前置分频锁相频率合成器 PD LPFVCO NM 模数控制模数控制 fifo fd 该

15、方法使频率上限提高了该方法使频率上限提高了M倍，但频率分辨力下降了倍，但频率分辨力下降了M倍倍 电子测量技术电子测量技术 第33页 PDLPFVCO N1 N2 V/V+1 fifo 变模分频器变模分频器 模式控制模式控制 双模分频锁相频率合成器双模分频锁相频率合成器 置初值置初值 N N1 1输出到鉴相器的一个参考周期中，包含的输出到鉴相器的一个参考周期中，包含的VCOVCO输出信号输出信号 的周期数的周期数N N为为: : 21212 )() 1(NVNVNNVNN 电子测量技术电子测量技术 第34页 io fNVNf)( 21 此时双模分频器的工作频率为：此时双模分频器的工作频率为：fo

16、 分频器分频器 的工作频率为： 的工作频率为： fo v 分频器分频器 的工作频率为： 的工作频率为： fo （v） 由上式可知，当由上式可知，当 变化时， 变化时，f fo o变化为变化为f fi i，即输出频，即输出频 率分辨力为率分辨力为f fi i因此在保持频率分辨力不变的前提下提因此在保持频率分辨力不变的前提下提 高了合成器的最大输出频率。高了合成器的最大输出频率。 电子测量技术电子测量技术 第35页 3.3.1直接数字合成基本原理 设取样时钟频率为，正弦波每一周期由个取样点构设取样时钟频率为，正弦波每一周期由个取样点构 成，则该正弦波的频率为：成，则该正弦波的频率为： N f NT

17、 f c c o 1 电子测量技术电子测量技术 第36页 地址计数器地址计数器 （N） 正弦波正弦波ROM 存储器存储器 D/ALPF fcfo DDS组成原理组成原理 输出信号频率输出信号频率fo: 取决于两个因数：参考时钟频率；取决于两个因数：参考时钟频率； ROMROM中存储的正弦波；中存储的正弦波； N Mf f c o 如果如果地址计数器以步进地址计数器以步进M M（M=1)M=1)进行累加，则可在进行累加，则可在f fc c和和ROMROM 数据不变的情况下改变数据不变的情况下改变输出频率，此时输出频率，此时fo为：为： 电子测量技术电子测量技术 第37页 相位相位 锁存器锁存器

18、频率控制字频率控制字 M 相位累加器相位累加器 fr 波形存储波形存储 RAM D/A 转换转换 LPF fo 2448位位 1416 位位 相位累加器原理相位累加器原理 电子测量技术电子测量技术 第38页 步进步进 点数点数 256 4096 65536 1048576 16777216 4294967296 281474976710656 N 8 12 16 20 24 32 48 数字相位圆数字相位圆 电子测量技术电子测量技术 第39页 c N o f M f 2 实际应用中一般取实际应用中一般取1M(N-2) 1M(N-2) 电子测量技术电子测量技术 第40页 输出输出 输出输出 串串/并并 选择选择 6位地址或位地址或 串行编程串行编程 8位并位并 行数据行数据 FSK/BPSK/HOLD 数据输入数据输入 420 参考时钟参考时钟 倍乘倍乘 频频 率率 累累 加加 器器 相位偏移相位偏移 及调制及调制 + 相相 位位 累累 加加 器器 相相 位位 转转 换换 器器 300MHzDDS 参参 考考 时时 钟钟 滤波滤波 器器 滤波滤波 器器 12位位 D/A M/ DAC复位复位