電子測量教案chapter

1、電子測量 第 5 章 - 1信號源信號源 1. 引言引言 2. 信號源的基本原理信號源的基本原理 3. 信號源中的關(guān)鍵技術(shù)信號源中的關(guān)鍵技術(shù) 3.1 直接數(shù)字頻率合成直接數(shù)字頻率合成 3.2 直接數(shù)字波形合成直接數(shù)字波形合成 3.3 鎖相環(huán)鎖相環(huán) 4. 典型信號源及其應(yīng)用典型信號源及其應(yīng)用 電子測量 第 5 章 - 21.1 基本測量功能基本測量功能 信號源是指能夠產(chǎn)生電子測量用激勵信號的儀器，信號源是指能夠產(chǎn)生電子測量用激勵信號的儀器，通常也稱為信號發(fā)生器通常也稱為信號發(fā)生器。 信號源的用途信號源的用途:l 激勵源激勵源l 信號仿真信號仿真l 校準(zhǔn)源校準(zhǔn)源電子測量 第 5 章 - 31.2

2、信號源產(chǎn)生的信號類型信號源產(chǎn)生的信號類型 （1）信號的基本參數(shù)）信號的基本參數(shù)三個基本參數(shù)：幅度、頻率和相位；三個基本參數(shù)：幅度、頻率和相位；此外，還有一些其它參數(shù)：此外，還有一些其它參數(shù)：1. 偏置偏置“偏置偏置” 電壓是電路接地和信號幅度電壓是電路接地和信號幅度中心之間的電壓。中心之間的電壓。偏置電壓描述了同時包含偏置電壓描述了同時包含AC 值和值和DC 值的信號中的值的信號中的DC 成分。成分。電子測量 第 5 章 - 42. 差分信號與單端信號差分信號與單端信號 差分信號使用兩條路徑產(chǎn)生幅度相同、極性相差分信號使用兩條路徑產(chǎn)生幅度相同、極性相反反(相對于接地相對于接地)的兩路波形。的兩

3、路波形。 單端信號只有一條路徑接地。單端信號只有一條路徑接地。電子測量 第 5 章 - 53. 上升時間和下降時間上升時間和下降時間4. 脈寬和占空比脈寬和占空比脈寬是指脈沖前沿和后沿的脈寬是指脈沖前沿和后沿的50%幅度點之間的時間間隔。幅度點之間的時間間隔?！罢伎毡日伎毡取?，用來描述脈沖的高低，用來描述脈沖的高低(開開/關(guān)關(guān))時間的相對比例時間的相對比例。電子測量 第 5 章 - 6（2）正弦正弦信號信號真實正弦信號的頻譜真實正弦信號的頻譜電子測量 第 5 章 - 7（3）掃頻信號）掃頻信號定義：定義：信號頻率隨時間在一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦信號頻率隨時間在一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦 信號信號

4、。根據(jù)掃頻信號頻率的產(chǎn)生規(guī)律，分為線根據(jù)掃頻信號頻率的產(chǎn)生規(guī)律，分為線 性掃頻和對數(shù)掃頻兩種掃頻模式性掃頻和對數(shù)掃頻兩種掃頻模式電子測量 第 5 章 - 8 掃頻信號的主要參數(shù)包括：掃頻信號的主要參數(shù)包括：（1）有效掃頻寬度）有效掃頻寬度 （2）掃頻起始）掃頻起始/終止頻率終止頻率 兩者差就是掃頻寬度。兩者差就是掃頻寬度。（3）掃頻時間）掃頻時間（4）掃頻線性）掃頻線性0max0min()=()KK線性系數(shù) 式中： (K0)maxVCO的最大控制靈敏度 (K0)min最小控制靈敏度 1212100%AAMAAA1和A2分別表示波形垂直方向上的最大和最小長度（5）振幅平穩(wěn)性）振幅平穩(wěn)性電子測量

5、第 5 章 - 9（4）噪聲信號）噪聲信號多數(shù)環(huán)境噪聲是服從高斯分布的，高斯分布的密度函多數(shù)環(huán)境噪聲是服從高斯分布的，高斯分布的密度函數(shù)公式如下數(shù)公式如下：222exp21x 理想高斯噪聲的頻譜是從直流到無限大頻率的一條理想高斯噪聲的頻譜是從直流到無限大頻率的一條水平線，有無限帶寬，這也稱為水平線，有無限帶寬，這也稱為“白噪聲白噪聲”。（5）任意波形）任意波形 任意波形發(fā)生器可以根據(jù)測試需求，以特定的信號任意波形發(fā)生器可以根據(jù)測試需求，以特定的信號特征形成的任意波形信號。特征形成的任意波形信號。電子測量 第 5 章 - 10電子測量 第 5 章 - 11（6）偽隨機碼流偽隨機碼流PRBSl 序

6、列的結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可以重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制序列的結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可以重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制l 序列具有隨機特性序列具有隨機特性。對于對于n 階階PRBS碼，每個周期的序列長度為碼，每個周期的序列長度為21n 在每個周期內(nèi)，在每個周期內(nèi)，0和和1是隨機分布的，并且是隨機分布的，并且0和和1的的個數(shù)相等，連個數(shù)相等，連“1”的最大數(shù)目為的最大數(shù)目為n，連，連“0”的最大數(shù)的最大數(shù)目為目為n-1 。PRBS通常可以使用帶反饋的移位寄存器來產(chǎn)生。通?？梢允褂脦Х答伒囊莆患拇嫫鱽懋a(chǎn)生。電子測量 第 5 章 - 121.3 信號源的分類信號源的分類（1） 按照輸出波形種類分類按照輸出波形種類分類1. 正弦信號發(fā)生

7、器正弦信號發(fā)生器 幾幾Hz至幾十至幾十GHz 2. 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 幾幾mHz或幾或幾Hz到幾十到幾十MHz3. 掃頻信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器 產(chǎn)生線性掃頻或?qū)?shù)掃頻信號產(chǎn)生線性掃頻或?qū)?shù)掃頻信號4. 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 產(chǎn)生矩形脈沖產(chǎn)生矩形脈沖5. 數(shù)字信號發(fā)生器數(shù)字信號發(fā)生器 產(chǎn)生產(chǎn)生0/1邏輯電平邏輯電平6. 矢量信號發(fā)生器矢量信號發(fā)生器 射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器7. 噪聲信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器 產(chǎn)生白噪聲或者有色噪聲產(chǎn)生白噪聲或者有色噪聲8. 任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器 產(chǎn)生任意波形產(chǎn)生任意波形電子測量 第 5 章 - 13（2） 按照基波頻率分類按照基

8、波頻率分類1）超低頻信號源）超低頻信號源 0.00011000Hz 2）低頻信號源）低頻信號源 1Hz200kHz 。3）視頻信號源）視頻信號源 10Hz10MHz 4）高頻信號源）高頻信號源 200kHz30MHz 5）甚高頻信號源）甚高頻信號源 30300MHz 6）超高頻信號源）超高頻信號源 300MHz以上以上例：例：Agilent 33250能夠輸出頻率為能夠輸出頻率為1Hz80 MHz正弦正弦電子測量 第 5 章 - 14（3） 按照合成方法分類按照合成方法分類1）非頻率合成式-波形變換2）頻率合成式按是否接受編程控制分為程控和非程控信號發(fā)生器；按系統(tǒng)使用方式分為便攜式、臺式、機架

9、安裝式等。 電子測量 第 5 章 - 152.1 信號產(chǎn)生的基本方法信號產(chǎn)生的基本方法（1 1）傳統(tǒng)的非頻率合成式信號源傳統(tǒng)的非頻率合成式信號源傳統(tǒng)信號源的基本結(jié)構(gòu)1. 源源 核心部分核心部分，能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率可調(diào)、頻率能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率可調(diào)、頻率穩(wěn)定度較高的正弦或者其他波形信號。穩(wěn)定度較高的正弦或者其他波形信號。電子測量 第 5 章 - 16a) 可調(diào)正弦頻率源可調(diào)正弦頻率源 Colpitts 電容三點式電路通常用改變通常用改變L來改變頻段，來改變頻段，改變改變C進行頻段內(nèi)頻率細調(diào)進行頻段內(nèi)頻率細調(diào)，諧振回路頻率，諧振回路頻率也也決定了輸決定了輸出主信號的頻率，表達式為出主信號的頻

10、率，表達式為LCf210其中，其中，C是是C1與與C2兩個電容的并聯(lián)值兩個電容的并聯(lián)值頻率約在幾MHz到幾百MHz的范圍,頻率穩(wěn)定度約為1E31E-4量級。電子測量 第 5 章 - 17b) 固定正弦頻率源固定正弦頻率源利用石英諧振器組成振蕩電路，可獲得比利用石英諧振器組成振蕩電路，可獲得比LC振蕩振蕩器高很多器高很多的頻率穩(wěn)定性。的頻率穩(wěn)定性。c) 正弦掃頻源正弦掃頻源變?nèi)荻O管特性曲線變?nèi)荻O管特性曲線原理：改變諧振電路原理：改變諧振電路中電容量中電容量C的大小，的大小，也能使諧振頻率隨之也能使諧振頻率隨之改變改變電子測量 第 5 章 - 18磁調(diào)制掃頻磁調(diào)制掃頻（a）磁調(diào)電感式結(jié)構(gòu)）磁調(diào)

11、電感式結(jié)構(gòu) （b） 掃描電流掃描電流諧振回路的諧振頻率諧振回路的諧振頻率CLf2021 d) 可調(diào)非正弦頻率源可調(diào)非正弦頻率源e）噪聲源噪聲源電子測量 第 5 章 - 192. 變換電路變換電路（a）正弦波的折線近似）正弦波的折線近似 （b）二極管整形網(wǎng)絡(luò)）二極管整形網(wǎng)絡(luò)由三角波整形成正弦波由三角波整形成正弦波基本功能基本功能: 對源信號進行處理，生成各種需要的信號波形對源信號進行處理，生成各種需要的信號波形3. 輸出電路輸出電路基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗電子測量 第 5 章 - 20（2 2）頻率合成式信號源頻率合成式信號源1. 頻率合成器頻

12、率合成器頻率合成方法頻率合成方法直接合成法直接合成法間接合成法（鎖相環(huán)合成法）間接合成法（鎖相環(huán)合成法）模擬直接合成法模擬直接合成法數(shù)字直接合成法數(shù)字直接合成法電子測量 第 5 章 - 21a）直接頻率合成技術(shù)）直接頻率合成技術(shù) DAFS, Direct Analog Frequency Synthesis 優(yōu)點：原理簡單、頻率轉(zhuǎn)換時間短、分辨率高優(yōu)點：原理簡單、頻率轉(zhuǎn)換時間短、分辨率高缺點：設(shè)備復(fù)雜，噪聲及雜散頻率難以抑制缺點：設(shè)備復(fù)雜，噪聲及雜散頻率難以抑制 電子測量 第 5 章 - 22b）間接頻率合成技術(shù)）間接頻率合成技術(shù) 基于鎖相環(huán)（基于鎖相環(huán)（PLL, Phase Locked L

13、oop）的原理實現(xiàn)）的原理實現(xiàn) 優(yōu)點優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、易于集成，具有良好的窄帶跟蹤濾波結(jié)構(gòu)簡單、易于集成，具有良好的窄帶跟蹤濾波特性和抑制干擾能力特性和抑制干擾能力 缺點缺點: 頻率轉(zhuǎn)換速度慢，頻率分辨率低頻率轉(zhuǎn)換速度慢，頻率分辨率低c）直接數(shù)字頻率合成技術(shù)）直接數(shù)字頻率合成技術(shù) DDFS，Direct Digital Frequency Synthesis 優(yōu)點：頻率切換時間短、頻率分辨率高、相位變化優(yōu)點：頻率切換時間短、頻率分辨率高、相位變化連續(xù)、易實現(xiàn)對輸出信號的多種調(diào)制、全數(shù)字化、連續(xù)、易實現(xiàn)對輸出信號的多種調(diào)制、全數(shù)字化、 便于集成便于集成缺點：輸出帶寬較窄，雜散抑制較差。缺點：輸出

14、帶寬較窄，雜散抑制較差。電子測量 第 5 章 - 232. 頻率合成式信號源中的晶振頻率合成式信號源中的晶振電子測量 第 5 章 - 242.2 信號源的主要技術(shù)指標(biāo)信號源的主要技術(shù)指標(biāo) （1）頻率特性）頻率特性 a) 頻率范圍頻率范圍b）頻率準(zhǔn)確度）頻率準(zhǔn)確度c）頻率穩(wěn)定度）頻率穩(wěn)定度d） 頻率分辨力頻率分辨力e）頻率轉(zhuǎn)換時間）頻率轉(zhuǎn)換時間/掃描速率掃描速率f） 頻率純度頻率純度影響因素：一是相位噪聲，二是雜散分量影響因素：一是相位噪聲，二是雜散分量電子測量 第 5 章 - 25l 雜散分量又稱寄生信號，分為諧波分量和非諧波分量兩種雜散分量又稱寄生信號，分為諧波分量和非諧波分量兩種 諧波抑制

15、是指載波整數(shù)倍頻率處的單根譜線的功率與諧波抑制是指載波整數(shù)倍頻率處的單根譜線的功率與載波功率之比，單位是載波功率之比，單位是dBc； 雜散抑制是指與載波頻率成非諧波關(guān)系的離散譜功率雜散抑制是指與載波頻率成非諧波關(guān)系的離散譜功率與載波功率之比，即與載波功率之比，即無雜散動態(tài)范圍無雜散動態(tài)范圍SFDR來表示，單位來表示，單位是是dBcl 相位噪聲是瞬間頻率穩(wěn)定度的頻域表示，是衡量輸出信號相位噪聲是瞬間頻率穩(wěn)定度的頻域表示，是衡量輸出信號相位抖動大小的參數(shù)，在頻譜上呈現(xiàn)為主譜兩邊的連續(xù)噪聲相位抖動大小的參數(shù)，在頻譜上呈現(xiàn)為主譜兩邊的連續(xù)噪聲相位噪聲的標(biāo)準(zhǔn)定義是載波功率相對于給定的頻率偏移相位噪聲的標(biāo)

16、準(zhǔn)定義是載波功率相對于給定的頻率偏移處（通常為處（通常為1kHz）1Hz的帶寬上的功率的帶寬上的功率單位為單位為“dBc/Hz偏移頻率偏移頻率”電子測量 第 5 章 - 26（2）幅度（電平）幅度（電平）1）輸出幅度范圍）輸出幅度范圍2）幅度穩(wěn)定度）幅度穩(wěn)定度3）幅度平坦度）幅度平坦度4）輸出幅度精度）輸出幅度精度5）輸出幅度分辨力）輸出幅度分辨力 6）輸出幅度的頻響）輸出幅度的頻響 （3）輸出阻抗）輸出阻抗常見的信號源輸出阻抗有常見的信號源輸出阻抗有50、75等。等。 如：如：10Hz10MHz：0.5dB； 1Hz50MHz：1dB如：如：1 mV1 Vrms（50負載），負載），-136

17、 dBm 至至 +13 dBm電子測量 第 5 章 - 273. 信號源中的關(guān)鍵技術(shù)信號源中的關(guān)鍵技術(shù)3.1 直接數(shù)字頻率合成直接數(shù)字頻率合成（1）DDFS的原理的原理l 1971年，美國學(xué)者年，美國學(xué)者JTierncy，CMRader和和BGold提出的一種新的頻率合成原理提出的一種新的頻率合成原理l DDFS芯片能夠合成波形的頻率已大數(shù)百芯片能夠合成波形的頻率已大數(shù)百MHzl 近近20年間，成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者年間，成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者, 廣泛運用廣泛運用于軍事和民用領(lǐng)域于軍事和民用領(lǐng)域電子測量 第 5 章 - 281. DDFS的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)電子測量 第 5 章

18、 - 29相位累加器是實現(xiàn)相位累加器是實現(xiàn)DDFS的核心，是的核心，是N比特的模比特的模2加法器加法器相位累加器相位累加器實現(xiàn)相位實現(xiàn)相位/幅度幅度轉(zhuǎn)換的功能轉(zhuǎn)換的功能 LUT電子測量 第 5 章 - 30. DDFS的輸出頻率表達式的輸出頻率表達式 fo為輸出信號的頻率，為輸出信號的頻率，fc為時鐘頻率，為時鐘頻率，N為累加器的位數(shù)為累加器的位數(shù)頻率控制字是頻率控制字是K時，每時，每2N/K個時鐘周期輸出一個周期的個時鐘周期輸出一個周期的正弦波，此時有：正弦波，此時有：NfKf2co當(dāng)當(dāng)K為最小值為最小值1時，時，Nff2co是輸出信號的最小頻率。是輸出信號的最小頻率。滿足滿足Nyquist

19、采樣定理的條件下，采樣定理的條件下，DDFS輸出信號的最輸出信號的最大頻率為：大頻率為：2comaxffcomax3 . 0ff 實際的實際的DDFS輸出信號的最大頻率通常為輸出信號的最大頻率通常為電子測量 第 5 章 - 31. DDFS的理想輸出頻譜的理想輸出頻譜理想狀態(tài)時的理想狀態(tài)時的DDFS應(yīng)滿足以下應(yīng)滿足以下3個條件：個條件：）無相位截斷誤差，即）無相位截斷誤差，即P=N；）波形存儲器存儲的幅度值沒有量化誤差；）波形存儲器存儲的幅度值沒有量化誤差；）DAC不存在轉(zhuǎn)換誤差，并具有理想的不存在轉(zhuǎn)換誤差，并具有理想的DAC轉(zhuǎn)換特性。轉(zhuǎn)換特性。理想理想DDFS輸出的波形序列為：輸出的波形序列

20、為：,.)3 , 2 , 1(22sin)()2sin()(conKnnTttfnSN電子測量 第 5 章 - 32)()()2sin()()()(ccocnTthnTttfnTthnStS)()()2sin(cothnTttfS(n)經(jīng)經(jīng)DAC后就得到了連續(xù)的輸出波形信號后就得到了連續(xù)的輸出波形信號S(t) llffffflffflSaS)22(jexpj)(cococcocllffffflffflSa)22(jexpjcococcoc根據(jù)傅里葉變換的時域卷積定理，得到理想根據(jù)傅里葉變換的時域卷積定理，得到理想DDFS 的的頻譜函數(shù)頻譜函數(shù)S()為：為： 電子測量 第 5 章 - 33理想理

21、想DDFS輸出的頻譜圖（輸出的頻譜圖（fo為為30MHz、fc為為100MHz）電子測量 第 5 章 - 34. DDFS的技術(shù)特點的技術(shù)特點優(yōu)點：優(yōu)點：a）極快的頻率切換速度）極快的頻率切換速度 b）極高的頻率分辨力）極高的頻率分辨力 c）連續(xù)的相位變化）連續(xù)的相位變化 d）強大的數(shù)字調(diào)制功能）強大的數(shù)字調(diào)制功能e）易于集成、易于調(diào)整）易于集成、易于調(diào)整 缺點：缺點： a）工作頻帶的限制）工作頻帶的限制 b）功耗限制）功耗限制 c）雜散抑制差）雜散抑制差 d）相位噪聲性能）相位噪聲性能電子測量 第 5 章 - 35（2）提高）提高DDFS性能的技術(shù)方法性能的技術(shù)方法DDFS存在的相位截斷對無

22、雜散動態(tài)范圍存在的相位截斷對無雜散動態(tài)范圍SFDR的影響的影響:- 將頻譜中最大失真成分與載波頻率在譜線幅度上的差值將頻譜中最大失真成分與載波頻率在譜線幅度上的差值以以dB表示表示 :)dB(92. 302. 6SFDRPP是波形存儲器的地址位數(shù)是波形存儲器的地址位數(shù)l 增加增加P值值, 增大波形存儲器的容量增大波形存儲器的容量; 但將導(dǎo)致成本和功耗的大幅增但將導(dǎo)致成本和功耗的大幅增加，加，P通常限制在通常限制在1219比特比特l正弦查找表壓縮算法正弦查找表壓縮算法: 壓縮正弦查表占用的存儲器空間壓縮正弦查表占用的存儲器空間l 直接采用雜散消減技術(shù)，減少直接采用雜散消減技術(shù)，減少DDFS輸出正

23、弦波的雜散輸出正弦波的雜散電子測量 第 5 章 - 361. 正弦查找表正弦查找表壓縮算法壓縮算法 用用0/2 來表示整個來表示整個02區(qū)間的波形幅度值，使用最高區(qū)間的波形幅度值，使用最高兩位地址線來選擇所屬象限兩位地址線來選擇所屬象限, 實現(xiàn)的實現(xiàn)的4:1的壓縮比。的壓縮比。 進一步提高壓縮比，研究對進一步提高壓縮比，研究對0/2內(nèi)正弦波的壓縮算法。內(nèi)正弦波的壓縮算法。 )sin(cos)cos(sinsin電子測量 第 5 章 - 37以以P=12比特為例，設(shè)比特為例，設(shè)1/4象限正弦函數(shù)的相位象限正弦函數(shù)的相位其中其中 、 、 所對應(yīng)的字長位數(shù)分別為所對應(yīng)的字長位數(shù)分別為 A、B、C/2

24、0/2)2(04/2)2(08)sin(cos)cos(sinsin由于由于 、 均很小接近于均很小接近于0)sin()cos(sinsin第一個第一個LUT容量為容量為 2811比特；第二個比特；第二個LUT容量為容量為 284比比特。特。與未壓縮之前的存儲容量與未壓縮之前的存儲容量21211比特相比，這種方法的比特相比，這種方法的存儲量壓縮比近似為存儲量壓縮比近似為12:1。 電子測量 第 5 章 - 382. 優(yōu)化設(shè)計相位累加器（優(yōu)化設(shè)計相位累加器（簡介簡介）相位累加器輸出的重復(fù)周期為：相位累加器輸出的重復(fù)周期為：),2(2ACCKGCDTNNGCD(x,y)表示表示x和和y的最大公約數(shù)

25、的最大公約數(shù)如果如果K為奇數(shù)，導(dǎo)致為奇數(shù)，導(dǎo)致SFDR較高。較高。如果如果K為偶數(shù)，導(dǎo)致為偶數(shù)，導(dǎo)致SFDR減小。減小。 Nicholas發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DDFS的雜散幅度與輸出頻率和時鐘頻率的雜散幅度與輸出頻率和時鐘頻率的比密切相關(guān)。的比密切相關(guān)。電子測量 第 5 章 - 39無雜散動態(tài)范圍約為無雜散動態(tài)范圍約為77dBc有效有效SFDR提高到了提高到了94dBc電子測量 第 5 章 - 40改善的改善的Nicholas相位累加器相位累加器輸出輸出0、1交替方波交替方波2/11) 12 ,2(1KGCDB電子測量 第 5 章 - 413. 隨機擾動技術(shù)（隨機擾動技術(shù)（簡介簡介）相位擾動原理相位擾動原

26、理擾動技術(shù)有相位擾動和幅度擾動兩種技術(shù)。擾動技術(shù)有相位擾動和幅度擾動兩種技術(shù)。電子測量 第 5 章 - 42（3）基于）基于DDFS的調(diào)制信號產(chǎn)生方法的調(diào)制信號產(chǎn)生方法 用用DDFS完成相位、頻率和振幅數(shù)字調(diào)制方框圖完成相位、頻率和振幅數(shù)字調(diào)制方框圖電子測量 第 5 章 - 43（4）DDFS集成芯片及應(yīng)用集成芯片及應(yīng)用 例如例如AD7008、AD9830、AD9854、AD9858等等電子測量 第 5 章 - 443.2 直接數(shù)字波形合成直接數(shù)字波形合成（1）DDWS基本原理基本原理1. DDWS的結(jié)構(gòu)及分類的結(jié)構(gòu)及分類電子測量 第 5 章 - 45根據(jù)參考時鐘的種類不同，根據(jù)參考時鐘的種類

27、不同，DDWS可以分為以下兩種類型：可以分為以下兩種類型：a）固定時鐘的）固定時鐘的DDWSb）可變時鐘的）可變時鐘的DDWS 如果需要改變信號輸出的頻率，僅能通過對任意波如果需要改變信號輸出的頻率，僅能通過對任意波形信號進行重新采樣，重新配置波形存儲器中的波形數(shù)形信號進行重新采樣，重新配置波形存儲器中的波形數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。據(jù)來實現(xiàn)。 通過改變時鐘頻率、控制波形數(shù)據(jù)輸出速率來改變通過改變時鐘頻率、控制波形數(shù)據(jù)輸出速率來改變信號頻率，而產(chǎn)生波形的點數(shù)不變。信號頻率，而產(chǎn)生波形的點數(shù)不變。電子測量 第 5 章 - 462. DDWS與與DDFS的比較的比較 DDFS跳過某些樣點來提高輸出頻率跳過某些樣

28、點來提高輸出頻率 缺點缺點：DDFS產(chǎn)生任意波形時，容易產(chǎn)生波形失真。產(chǎn)生任意波形時，容易產(chǎn)生波形失真。優(yōu)點：方便改變信號輸出頻率優(yōu)點：方便改變信號輸出頻率結(jié)論結(jié)論：在產(chǎn)生常規(guī)函數(shù)波形時，采用：在產(chǎn)生常規(guī)函數(shù)波形時，采用DDFS；產(chǎn)生復(fù)雜；產(chǎn)生復(fù)雜的任意波形時，采用的任意波形時，采用DDWS。電子測量 第 5 章 - 47電子測量 第 5 章 - 48（2）任意波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)）任意波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)1. 采樣時鐘頻率采樣時鐘頻率理論上采樣率理論上采樣率fs與信號最高頻率與信號最高頻率fmax 之比大于之比大于2 即可即可在實際應(yīng)用時，通常選用在實際應(yīng)用時，通常選用fs與與fmax為為2

29、.532. 垂直垂直(幅度幅度)分辨力分辨力垂直垂直(幅度幅度)分辨力與分辨力與DDWS的的DAC 位數(shù)有關(guān)。位越多位數(shù)有關(guān)。位越多，幅度分辨力越高。，幅度分辨力越高。3. 存儲深度存儲深度 (記錄長度記錄長度)存儲深度決定著可以存儲的最大樣點數(shù)量。存儲深度決定著可以存儲的最大樣點數(shù)量。電子測量 第 5 章 - 494. 頻率轉(zhuǎn)換時間頻率轉(zhuǎn)換時間 通常與通常與DAC的上升、下降時間的上升、下降時間(輸出帶寬輸出帶寬)和時鐘和時鐘速度等有關(guān)。速度等有關(guān)。5. 帶寬帶寬 指輸出電路的模擬帶寬，輸出電路的設(shè)計應(yīng)足以滿足指輸出電路的模擬帶寬，輸出電路的設(shè)計應(yīng)足以滿足其采樣率支持的最大信號輸出頻率。其采

30、樣率支持的最大信號輸出頻率。 6. 數(shù)字輸出數(shù)字輸出 數(shù)字標(biāo)記輸出和并行數(shù)據(jù)輸出數(shù)字標(biāo)記輸出和并行數(shù)據(jù)輸出電子測量 第 5 章 - 507. 序列序列 如果目標(biāo)信號雖然復(fù)雜，但是可以劃分為多個子波形如果目標(biāo)信號雖然復(fù)雜，但是可以劃分為多個子波形; 用戶可以使用該模式創(chuàng)建更為復(fù)雜的波形。用戶可以使用該模式創(chuàng)建更為復(fù)雜的波形。 電子測量 第 5 章 - 513.3 鎖相環(huán)鎖相環(huán)（1）鎖相環(huán)的基本原理）鎖相環(huán)的基本原理1基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán)由三部分組成：基本鎖相環(huán)由三部分組成：l 鑒相器（鑒相器（PD, Phase Detector）l 低通環(huán)路濾波器（低通環(huán)路濾波器（LPF, Low p

31、ass filter）l 壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO, Voltage-Controlled Oscillator）電子測量 第 5 章 - 522. 鎖相環(huán)的組成單元鎖相環(huán)的組成單元a）鑒相器）鑒相器 對輸入的參考信號信號和反饋回路的信號進行對輸入的參考信號信號和反饋回路的信號進行頻率和相位的比較，輸出一個代表兩者差異的信號頻率和相位的比較，輸出一個代表兩者差異的信號至環(huán)路低通濾波器。至環(huán)路低通濾波器。例：模擬乘法器形式的鑒相器例：模擬乘法器形式的鑒相器cosiiiitUucosooootUu輸入信號：輸入信號：忽略經(jīng)乘法器輸出信號的高頻分量忽略經(jīng)乘法器輸出信號的高頻分量, 可得：可得：

32、電子測量 第 5 章 - 53鑒相器的的輸出鑒相器的的輸出uPD(t)為：為：cos2cos2)(oioioioiPDUUUUuutu 根據(jù)余弦函數(shù)的特性，鑒相器的兩個輸入信號根據(jù)余弦函數(shù)的特性，鑒相器的兩個輸入信號存在存在/2相位差時，才能達到鎖定狀態(tài)相位差時，才能達到鎖定狀態(tài))2(2)(oiPDUUtu電子測量 第 5 章 - 54b）環(huán)路低通濾波器）環(huán)路低通濾波器 用來濾除鑒相器輸出信號中的交流高頻分量，并用來濾除鑒相器輸出信號中的交流高頻分量，并提供一個緩慢變化的直流電壓作為提供一個緩慢變化的直流電壓作為VCO的輸入。的輸入。一階無源濾波器一階無源濾波器二階無源濾波器二階無源濾波器電子

33、測量 第 5 章 - 55 三階無源濾波器三階無源濾波器 一種有源比例積分濾波器一種有源比例積分濾波器l 無源濾波器有簡單、噪聲低等優(yōu)點，但其輸出電壓無源濾波器有簡單、噪聲低等優(yōu)點，但其輸出電壓范圍是固定的。范圍是固定的。l 有源濾波器的輸出電壓范圍可調(diào)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜有源濾波器的輸出電壓范圍可調(diào)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且噪聲大。且噪聲大。電子測量 第 5 章 - 56c）壓控振蕩器）壓控振蕩器理想的壓控振蕩器表達式：理想的壓控振蕩器表達式： 一種根據(jù)輸入電壓的變化來控制輸出相應(yīng)頻一種根據(jù)輸入電壓的變化來控制輸出相應(yīng)頻率信號的振蕩器。率信號的振蕩器。coKuK 稱為壓控靈敏度稱為壓控靈敏度稱為稱為VC

34、O的固有振蕩頻率的固有振蕩頻率 電子測量 第 5 章 - 57實際的實際的VCO線性特性線性特性 構(gòu)成構(gòu)成VCO的基本方法是在的基本方法是在LC振蕩電路上加入可變振蕩電路上加入可變電抗元件來實現(xiàn)對振蕩頻率的控制。電抗元件來實現(xiàn)對振蕩頻率的控制。西勒壓控西勒壓控LC振蕩電路振蕩電路電子測量 第 5 章 - 583鎖相環(huán)的工作過程及特性分析鎖相環(huán)的工作過程及特性分析a）鎖相環(huán)的頻率范圍和帶寬）鎖相環(huán)的頻率范圍和帶寬鎖相環(huán)動態(tài)工作過程四個頻率范圍的大小關(guān)系鎖相環(huán)動態(tài)工作過程四個頻率范圍的大小關(guān)系LPOcH 6GHz）缺點：只能合成缺點：只能合成Vfref整數(shù)倍的若干頻點整數(shù)倍的若干頻點電子測量 第

35、5 章 - 64c）雙模預(yù)分頻器）雙模預(yù)分頻器加入雙模預(yù)分頻器的整數(shù)分頻鎖相環(huán)加入雙模預(yù)分頻器的整數(shù)分頻鎖相環(huán)能夠同時實現(xiàn)能夠同時實現(xiàn)P次和次和P+1次分頻，以次分頻，以P/(P+1)表示。表示。電子測量 第 5 章 - 65雙模預(yù)分頻器在一個循環(huán)計得的計數(shù)值為：雙模預(yù)分頻器在一個循環(huán)計得的計數(shù)值為：abpabPaPN)() 1(PNb/PNamod (N被被P除的余數(shù)除的余數(shù)) l 雙模預(yù)分頻器工作的前提條件是：雙模預(yù)分頻器工作的前提條件是：ba。 l 如果不滿足該條件，兩個計數(shù)器會在計數(shù)器如果不滿足該條件，兩個計數(shù)器會在計數(shù)器A輸出為輸出為0之前就被復(fù)位，這樣將導(dǎo)致錯誤之前就被復(fù)位，這樣將

36、導(dǎo)致錯誤N值。值。l 雙模分頻器存在一個最小連續(xù)分頻系數(shù)的極限值，如雙模分頻器存在一個最小連續(xù)分頻系數(shù)的極限值，如果果N大于該值，大于該值，N連續(xù)取任意正整數(shù)時就不會出現(xiàn)非法的連續(xù)取任意正整數(shù)時就不會出現(xiàn)非法的分頻系數(shù)。分頻系數(shù)。 電子測量 第 5 章 - 661. 可以實現(xiàn)更大范圍的可以實現(xiàn)更大范圍的N值，同時不降低頻率分辨力。值，同時不降低頻率分辨力。2. 分頻系數(shù)分頻系數(shù)N不變，預(yù)分頻器通常對鎖相環(huán)的相位噪聲、不變，預(yù)分頻器通常對鎖相環(huán)的相位噪聲、參考雜散或鎖定時間等性能沒有影響。參考雜散或鎖定時間等性能沒有影響。電子測量 第 5 章 - 672小數(shù)分頻鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán)a）小數(shù)分頻鎖

37、相環(huán)的結(jié)構(gòu)和原理）小數(shù)分頻鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)和原理可控制選擇分頻因子的小數(shù)分頻鎖相環(huán)可控制選擇分頻因子的小數(shù)分頻鎖相環(huán)電子測量 第 5 章 - 68 設(shè)目標(biāo)達到的分頻因子為設(shè)目標(biāo)達到的分頻因子為m=N.F其中其中: N表示整數(shù)部分，表示整數(shù)部分， F表示小數(shù)部分，且有效位數(shù)是表示小數(shù)部分，且有效位數(shù)是n位位則小數(shù)分頻比的一般通式可表示為則小數(shù)分頻比的一般通式可表示為nFNFNFNm10. 0.nnnnFNFNFN10)10() 1(1010例如例如: 要實現(xiàn)要實現(xiàn)N=5.3次分頻，可以采用次分頻，可以采用3次次6分頻和分頻和7次次5分頻來實現(xiàn)。分頻來實現(xiàn)。 電子測量 第 5 章 - 69例例:電子測

38、量 第 5 章 - 70b）小數(shù)分頻鎖相環(huán)的特點）小數(shù)分頻鎖相環(huán)的特點:在上面的例子中，在上面的例子中，l 在相對低分頻系數(shù)下和高參考頻率下得到更好的頻率分辨在相對低分頻系數(shù)下和高參考頻率下得到更好的頻率分辨力力; l 參考頻率增長了參考頻率增長了4倍，導(dǎo)致環(huán)路帶寬增加，并縮短了鎖定倍，導(dǎo)致環(huán)路帶寬增加，并縮短了鎖定時間；時間；l 分頻系數(shù)分頻系數(shù)N降低了降低了4倍意味著倍意味著PD和和DIV帶來的噪聲將會降低帶來的噪聲將會降低12dB；l 更多的更多的VCO噪聲隨著環(huán)路帶寬的增大而被通頻帶濾除。噪聲隨著環(huán)路帶寬的增大而被通頻帶濾除。l 分頻系數(shù)從分頻系數(shù)從N到到N+1的突然變化會產(chǎn)生量化噪聲，的突然變化會產(chǎn)生量化噪聲， 因此需因此需要通過雜散補償措施能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲的補償，但效果并不總是要通過雜散補償措施能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲的補償，但效果并不總是很理想。很理想。較好的解決方案是使用較好的解決方案是使用Sigma-Delta變換器，通過噪變換器，通過噪聲整形機制來消除量化噪聲。聲整形機制來消除量化噪聲。 電子測量 第 5 章 - 71（3）多環(huán)頻率合成器）多環(huán)頻率合成器加法混頻器加法混頻器例：兩個鎖相環(huán)構(gòu)成的多環(huán)頻率合成器例：兩個鎖相環(huán)構(gòu)