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1、电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第8章章 信号的产生信号的产生8.1 8.1 信号源概述信号源概述 8.2 8.2 正弦、脉冲及函数发生器正弦、脉冲及函数发生器 8.3 8.3 锁相频率合成信号的产生锁相频率合成信号的产生 8.4 8.4 直接数字合成技术直接数字合成技术 8.5 8.5 合成信号源简介合成信号源简介 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页8.1信号源概述信号源概述u信号源的作用和组成信号源的作用和组成u信号源的分类信号源的分类u正弦信号源的性能指标正弦信号源的性能指标电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页8.1.1信号源
2、在电子测量中的作用和组成信号源在电子测量中的作用和组成1.1.信号源的作用信号源的作用信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器。或不规则波形的信号发生器。信号源的用途主要有以下三方面：信号源的用途主要有以下三方面：激励源。激励源。信号仿真。信号仿真。标准信号源。标准信号源。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页2.信号源的组成信号源的组成信信号号输出输出主振器主振器缓冲缓冲调制调制输出输出电电 源源监测监测信号发生器结构框图信号发生器结构框图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页8.1.2 8.1.
3、2 信号源的分类信号源的分类1.按频率范围按频率范围大致可分为六类：大致可分为六类：超低频信号发生器超低频信号发生器超低频信号发生器超低频信号发生器 0.0001Hz0.0001Hz0.0001Hz0.0001Hz1000Hz1000Hz1000Hz1000Hz；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 1Hz1Hz1Hz1Hz1MHz1MHz1MHz1MHz；视频信号发生器视频信号发生器视频信号发生器视频信号发生器 20Hz20Hz20Hz20Hz10MHz10MHz10MHz10MHz；高频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器 200KHz200KHz200
4、KHz200KHz30MHz30MHz30MHz30MHz；甚高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器 30KHz30KHz30KHz30KHz300MHz300MHz300MHz300MHz；超高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器 300MHz300MHz300MHz300MHz以上。以上。以上。以上。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页2.2.按输出波形按输出波形,大致可分为：大致可分为：正弦波形发生器；正弦波形发生器；脉冲信号发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器；函数信号发生器；噪声信号发生器。噪声信号发生器。3.按照信
5、号发生器的性能指标 可分为：一般信号发生器；标准信号发生器；电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7页8.1.3 8.1.3 正弦信号源的性能指标正弦信号源的性能指标1.1.频率特性频率特性uu（1 1 1 1）频率范围）频率范围）频率范围）频率范围uu（2 2）频率准确度）频率准确度）频率准确度）频率准确度 uu（3 3）频率稳定度）频率稳定度）频率稳定度）频率稳定度 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页2.2.输出特性输出特性uu（1 1 1 1）输出电平范围。）输出电平范围。）输出电平范围。）输出电平范围。uu（2 2 2 2）输出电平的频响）输出电平的频响
6、）输出电平的频响）输出电平的频响uu（3 3 3 3）输出电平准确度）输出电平准确度）输出电平准确度）输出电平准确度uu（4 4 4 4）输出阻抗）输出阻抗）输出阻抗）输出阻抗uu（5 5 5 5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。3.调制特性调制特性的恒量指标主要包括调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页1.1.低频信号发生器低频信号发生器uu低频信号发生器频率范围一般为低频信号发生器频率范围一般为低频信号发生器频率范围
7、一般为低频信号发生器频率范围一般为20Hz20Hz20Hz20Hz20KHz20KHz20KHz20KHz，故又称音，故又称音，故又称音，故又称音频信号发生器频信号发生器频信号发生器频信号发生器 8.2 正弦、脉冲及函数发生器正弦、脉冲及函数发生器8.2.1 正弦信号发生器主振级主振级缓冲缓冲放大放大电平电平控制控制功率功率放大放大衰减器衰减器阻抗阻抗变换变换电平调节电平调节波段波段调节调节频率频率细调细调电平指示电平指示低频信号发生器组成原理低频信号发生器组成原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页2.2.高频信号发生器高频信号发生器uu高频信号发生器输出频率范围一般在高
8、频信号发生器输出频率范围一般在高频信号发生器输出频率范围一般在高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz300KHz1GHz1GHz，大，大，大，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能输出输出主振级主振级波段波段选择选择频率频率细调细调缓冲缓冲调制级调制级输出级输出级调制振荡器调制振荡器监测器监测器外调制外调制输入输入高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页8.2.2 8.2.2 脉冲信号发生器脉冲信号发生器uu常见的脉冲信号有矩形、
9、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（根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器的分类（根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲
10、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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页1.1.通用脉冲发生器通用脉冲发生器uu通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。输出
11、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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第13页2.2.快速（广谱）脉冲发生器快速（广谱）脉冲发生器uu在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试
12、中，脉冲信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。信号发生器相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、雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复二极管脉冲发生器以及雪崩晶体管脉冲发生器、阶跃恢复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
13、 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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页50mV/DIV30dB1ns/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/DIV100ps/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分分量量为为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
14、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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页8.2.3 8.2.3 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：电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页uu 正弦波形成电路正弦波形成电路正弦波
15、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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17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
16、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）所所示示方方波波直直接接叠叠加加就就可可得得到到图图（c c）所所示示的的交交错错锯锯齿齿波波，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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第18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
17、，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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原
18、理第19页8.3 锁相频率合成信号的产生锁相频率合成信号的产生1.1.频率合成原理频率合成原理频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。8.3.1 8.3.1 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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第20页2.2.频率合成分类及特点频率合成分类及特点u
19、u直接频率合成直接频率合成直接频率合成直接频率合成 通通通通过过过过频频频频率率率率的的的的混混混混频频频频、倍倍倍倍频频频频和和和和分分分分频频频频等等等等方方方方法法法法来来来来产产产产生生生生一一一一系系系系列列列列频频频频率率率率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。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
20、.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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第21页uu锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成 uu一种间接式
21、的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLLPLLPLLPLL）把压）把压）把压）把压控振荡器（控振荡器（控振荡器（控振荡器（VCOVCOVCOVCO）的输出频率锁定在基准频率上，这样通）的输出频率锁定在基准频率上，这样通）的输出频率锁定在基准频率上，这样通）的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础
22、上合成不同的频率。不同的频率。不同的频率。不同的频率。uu优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。等优点。等优点。等优点。uu缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。uu 直接数字合成（直接数字合成（直接数字合成（直接数字合成（DDSDDSDDSDDS）uu是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产
23、生所是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所需频率的正弦信号需频率的正弦信号需频率的正弦信号需频率的正弦信号 uu优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小uu缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。缺点：频率上限较低，杂散也较大。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第22页u3
24、.3.3.3.频率合成技术的发展频率合成技术的发展频率合成技术的发展频率合成技术的发展 各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合各种频率合成方式的综合:直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都有其优缺点有其优缺点有其优缺点有其优缺点 ，单独使用任何一种方法，很难满足要求。，单独使用任何一种方法，很难满足要求。，单独使用任何一种方法，很难满足要求。，单独使用任何一种方法，很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，
25、特别是因此可将这几种方法综合应用，特别是因此可将这几种方法综合应用，特别是因此可将这几种方法综合应用，特别是DDSDDSDDSDDS与与与与PLLPLLPLLPLL的结合的结合的结合的结合,可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第23页8.3.2 8.3.2 锁相环（锁相环（PLLPLL）的基本概念）的基本概念u1.1.锁相环基本工作原理及性能锁相环基本工作原理及性能 uu 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相锁相环
26、是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（器（器（器（PDPDPDPD）、环路滤波器（）、环路滤波器（）、环路滤波器（）、环路滤波器（LPFLPFLPFLPF）、电压控制振荡器（）、电压控制振荡器（）、电压控制振荡器（）、电压控制振荡器（VCOVCOVCOVCO）及基准晶体振荡器等部分组成及基准晶体振荡器等部分组成及基准晶体振荡器等部分组成及基准晶体振荡器等部分组成 。锁相环控制系统原理图锁相环控制系统原理图frVrVCOPDLPFVofOVd电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第24页u
27、锁相环的主要性能指标锁相环的主要性能指标:u同步带宽同步带宽同步带宽同步带宽：锁定条件下输入频率所允许的最大变：锁定条件下输入频率所允许的最大变：锁定条件下输入频率所允许的最大变：锁定条件下输入频率所允许的最大变化范围化范围化范围化范围 u捕捉带宽捕捉带宽捕捉带宽捕捉带宽：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最：环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的频差大允许的频差大允许的频差大允许的频差 u环路带宽环路带宽环路带宽环路带宽 :锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的频率特性具有低通滤波器的锁相环的
28、频率特性具有低通滤波器的传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第25页2.2.锁相环的基本形式锁相环的基本形式 uu倍频式锁相环倍频式锁相环倍频式锁相环倍频式锁相环 倍倍倍倍频频频频环环环环实实实实现现现现对对对对输输输输入入入入频频频频率率率率进进进进行行行行乘乘乘乘法法法法运运运运算算算算，主主主主要要要要有有有有两两两两种种种种形形形形式式式式：谐波倍频环和数字倍频环谐波倍频环和数字倍频环谐波倍频环和数字倍频环谐波倍频环和数字倍
29、频环（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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第26页uu分频式锁相环分频式锁相环分频式锁相环分频式锁相环 分分分分频频频频环环环环实实实实现现现现对对对对输输输输入入入入频频频频率率率率的的的的除除除除法法法法运运运运算算算算，与与与与倍倍倍倍频频频频环环环环相相相相似似似似，也也也也有有有有两种基本形式。两种基本形式。两种基本形式。两种基本形式。分频式锁相环原
30、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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第27页uu混频式锁相环混频式锁相环混频式锁相环混频式锁相环 uu混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算混频环实现对频率的加减运算 PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相减混频环）相减混频环PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo=fi1+fi2fo-fi2（a）相加
31、混频环）相加混频环fo=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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第28页uu多环合成单元多环合成单元多环合成单元多环合成单元uu单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单
32、元组成点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成 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=Nfi1+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原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第29页实例分
33、析：十进频率合成器实例分析：十进频率合成器u该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出频率是采用十进数字盘来选择，它可以提供更高频率是采用十进数字盘来选择，它可以提供更高频率是采用十进数字盘来选择，它可以提供更高频率是采用十进数字盘来选择，它可以提供更高的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为一个标准频率源而获得广泛应用。一个标准频率源而获得广
34、泛应用。一个标准频率源而获得广泛应用。一个标准频率源而获得广泛应用。（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的输出频的输出频电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第30页DS
35、-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（-）10192MHz101122MHz200Hz30MHz5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S5十进锁相式频率合成器组成框图十进锁相式频率合成器组成框图电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第31页(2)十进锁相合成
36、单元十进锁相合成单元VCOPDLPF1.82.7MHz100KHz谐波谐波形成形成NfiDS-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1 1）DS-1DS-1合成单元合成单元合成单元合成单元电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第32页2 2）DS-2DS-2合成单元合成单元合成单元合成单元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”
37、单元输出单元输出19.219.3MHz2122MHz倍频环倍频环218MHz电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第33页3 3）DS-3DS-3合成单元合成单元合成单元合成单元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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第34页4 4）DS-4DS-4合成单元合成单元合成单元合成单元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倍 频频环环5MHzVCOPDLPF谐波谐波形成形成
38、1：90MHz2：100MHz电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第35页（3）输出频率的连续调节）输出频率的连续调节uu为了使输出频率连续可调，频率合成器中加入了一个内插为了使输出频率连续可调，频率合成器中加入了一个内插为了使输出频率连续可调，频率合成器中加入了一个内插为了使输出频率连续可调，频率合成器中加入了一个内插振荡器振荡器振荡器振荡器 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1.2
39、MHz1.2MHz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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第36页8.3.3 8.3.3 提高频率分辨力的锁相合成技术提高频率分辨力的锁相合成技术u1 1 提高频率分辨力的技术途径提高频
40、率分辨力的技术途径 频频率率增增量量越越小小，转转换换时时间间越越长长，转转换换时时间间的的计计算算一一般般采采用经验公式用经验公式8.98.9。在保证转换时间不便的前提下，提高频率分辨力的途径主在保证转换时间不便的前提下，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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第37页u2 2 多环频率合成法多环频率合成法uu下面是一个三环锁相频率合成器原理框图下面是一个三环锁相频率合成器原理框图下面是一个三环锁相频率合成器原理框图下面是一个三环锁相频率合成器原理框图 三环三环PLL合成器合成器VCOBPDBL
41、PFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三环合成器简化框图三环合成器简化框图fBfA电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第38页uu环环环环A A A A输出频率为输出频率为输出频率为输出频率为:uu环环环环B B B B的输出频率为的输出频率为的输出频率为的输出频率为:由环由环C C有：有：因此，合成器的输出频率为因此，合成器的输出频率为 ：电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第39页3 3 小数分频法小数分频法小数分频是通过可变分频和多次平均的办法实现小数分频是通过可变分频和多次平均的
42、办法实现小数分频是通过可变分频和多次平均的办法实现小数分频是通过可变分频和多次平均的办法实现例例如如要要实实现现4.34.3的的小小数数分分频频，只只要要在在1010次次分分频频中中作作7 7（即即10-310-3）次次除除4 4，3 3次次除除5 5就就可可以以得得到到。又又如如，要要实实现现7.327.32的的小小数数分分频频，只只要在每要在每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OVFA
43、CCU电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第40页例例例例:分频比为分频比为分频比为分频比为4.34.3的实现过程的实现过程的实现过程的实现过程uu若分频比为若分频比为若分频比为若分频比为4.3,4.3,4.3,4.3,则在输入信号的则在输入信号的则在输入信号的则在输入信号的10101010个周期内，输出信号个周期内，输出信号个周期内，输出信号个周期内，输出信号为为为为43434343个周期。每一次循环过程中，在个周期。每一次循环过程中，在个周期。每一次循环过程中，在个周期。每一次循环过程中，在u u u ui i i i各周期内，累加器各周期内，累加器各周期内，累加器各周期内，累
44、加器的值和其分频系数如表的值和其分频系数如表的值和其分频系数如表的值和其分频系数如表8-18-18-18-1所示。所示。所示。所示。序号12345678910累加值0.30.60.90.20.50.80.10.40.70分频系数4445445445表表8-1 8-1 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）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第41页小数分频电路的改进小数分频电路的改进小数分频电路的改进小数分频电路的改进uu小数分频时小数分频时小数分频时小数分频时,输入输出频率之比不是整数输入输出频率之比不是整数输入输出
45、频率之比不是整数输入输出频率之比不是整数,使得鉴相器的输使得鉴相器的输使得鉴相器的输使得鉴相器的输出出现阶梯电压变化，这个电压加到出出现阶梯电压变化，这个电压加到出出现阶梯电压变化，这个电压加到出出现阶梯电压变化，这个电压加到VCOVCOVCOVCO上会使得合成器频上会使得合成器频上会使得合成器频上会使得合成器频谱变差。同时累加值（累加器谱变差。同时累加值（累加器谱变差。同时累加值（累加器谱变差。同时累加值（累加器ACCUACCUACCUACCU中的存数）恰好也是与中的存数）恰好也是与中的存数）恰好也是与中的存数）恰好也是与其一致的阶梯变化，因此将该数据进行其一致的阶梯变化，因此将该数据进行其
46、一致的阶梯变化，因此将该数据进行其一致的阶梯变化，因此将该数据进行D/AD/AD/AD/A转换后加到转换后加到转换后加到转换后加到PDPDPDPD的的的的输出端就可以抵消该变化。输出端就可以抵消该变化。输出端就可以抵消该变化。输出端就可以抵消该变化。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-电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第42页8.3.4 8.3.4 扩展频率上限的锁相合成技术扩展频率上限的锁相合成技术u扩展频率上限的方法扩展频率上限的方法扩展频率上限的方法扩
47、展频率上限的方法:前置分频器法前置分频器法前置分频器法前置分频器法;多模分频器法。多模分频器法。多模分频器法。多模分频器法。u1 1 前置分频器法前置分频器法uu 前置分频法是在反馈回路加一个前置的固定分频器，先前置分频法是在反馈回路加一个前置的固定分频器，先前置分频法是在反馈回路加一个前置的固定分频器，先前置分频法是在反馈回路加一个前置的固定分频器，先将输出频率进行固定模数为的分频，然后再送到可编程分将输出频率进行固定模数为的分频，然后再送到可编程分将输出频率进行固定模数为的分频，然后再送到可编程分将输出频率进行固定模数为的分频，然后再送到可编程分频器进行可变的分频频器进行可变的分频频器进行
48、可变的分频频器进行可变的分频。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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第43页u2 2 多模分频锁相频率合成技术多模分频锁相频率合成技术uu多摸分频器多摸分频器多摸分频器多摸分频器:模值（分频比）可以在多个固定的值上模值（分频比）可以在多个固定的值上模值（分频比）可以在多个固定的值上模值（分频比）可以在多个固定的值上改变的分频器改变的分频器改变的分频器改变的分频器 ,多模分频器的最高工作频率虽不如固
49、多模分频器的最高工作频率虽不如固多模分频器的最高工作频率虽不如固多模分频器的最高工作频率虽不如固定的前置分频器高，但比可变分频器高得多。定的前置分频器高，但比可变分频器高得多。定的前置分频器高，但比可变分频器高得多。定的前置分频器高，但比可变分频器高得多。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:电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第44页uu在锁相环锁
50、定的情况下在锁相环锁定的情况下在锁相环锁定的情况下在锁相环锁定的情况下 ，合成器输出频率为：，合成器输出频率为：，合成器输出频率为：，合成器输出频率为：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：fov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。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子