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FMFMAMAMS S1 1S 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3.4.2.1 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

2、 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6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式频率合成原理框图直

3、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frVrVCOPDLPFVofOVd电子测量技术电子测量技术第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VCOPDLPFfO=Nfifi谐波谐波形成形成Nfifo=Nfi（b）数字倍频环）数字

4、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VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）数字分频环）数字分频环VCOPDLPFfo=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技术电子测量技术第17页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=

5、 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）相减环简化图电子测量技术电子测量技术第18页fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1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100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=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

6、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

7、测量技术电子测量技术第20页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内插振荡器01Hz1.21.3MHz9MHz100KHzM（-）10192MHz101122MHz200Hz30MHz5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S5电子测量技术电子测量技术第21页VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz谐波谐波形成形成Nf

8、iDS-1原理框图原理框图M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基准基准后一位合成单元后一位合成单元10.210.3MHz101213MHz1.21.3MHz倍频环倍频环电子测量技术电子测量技术第22页VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz谐波谐波形成形成NfiDS-2原理框图原理框图M1（）（）M2（）（）9MHz1.21.3MHz基准基准“10KHz”单元输出单元输出19.219.3MHz2122MHz倍频环倍频环218MHz电子测量技术电子测量技术第23页VCOPDLPF10192MHz1MHz谐波谐波形成形成NfiDS-3原理框图原理框图倍频环倍频环fi电子测量技术

9、电子测量技术第24页PDLPFVCOM（）（）DS-2的输出的输出0：80MHz加法混频环加法混频环2122MHz101122MHzDS-4原理框图原理框图基准基准倍 频倍 频环环5MHzVCOPDLPF谐波谐波形成形成1：90MHz2：100MHz电子测量技术电子测量技术第25页VCOPDLPF1.21.3MHz100KHz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12S+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

10、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

11、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VCOBPDBLPFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三环合成器简化框图三环合成器简化框图fBfA电子测量技术电子测量技术第28页iAAfNfiBBfNf由环由环C C有：有： MfffBAo/因此，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1

12、010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。VCOPDLPFuifiNfoN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小数分频实现电路图小数分频实现电路图OVFACCU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.

13、34.3）电子测量技术电子测量技术第31页VCOPDLPFurfrNDACfoN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+OVFACCU-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PDLPFVCONM模数控制模数控制fifofd该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PDLPFVCON1N2V/V+1fifo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

14、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iofNVNf)(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

15、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：NfNTfcco1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/ALPFfcfoDDS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；NMffco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=

16、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RAMD/A转换转换LPFfo2448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2564096655361048576167772164294967296281474976710656N8121620243248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cNofMf2实际应用中一般

17、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/AM/DAC复位复位12位位D/A频率控制字频率控制字/相位字启停逻辑相位字启停逻辑I/O更新更新读写读写可编程寄存器可编程寄存器48位频率位频率控制字控制字14位相位位相位偏移偏移/调制调制I/O端口缓冲端口缓冲12位位AM调制调制比较器比较器模拟输入模拟输入时钟输出时钟输出AD9854 DDS结构结构+-电子测量技术电子测量技术第41页相位累相位累加器加器参考参考时钟时钟相位相位调制器调制器D/A转转换换滤波滤波CPU接口接口输出输出频率控制字频率控制字波形波形存储器存储器SRAM 基于可编程芯片的基于可编程芯片的DDS频率合成信号源频率合成信号源