第3章信號的產生3.1信號發生器的功能

3.2信號發生器的分類及工作特性

3.3函數信號發生器工作原理

3.4直接數字合成技術3.5合成信號源簡介3.1信號源概述信號源的作用和組成信號源的分類正弦信號源的性能指標3.1.1信號源在電子測量中的作用和組成1.信號源的作用信號源是能夠產生不同頻率、不同幅度的規則或不規則波形的信號發生器。信號源的用途主要有以下三方面：☆激勵源。☆信號仿真。☆標準信號源。3.2信號源的分類1.按頻率范圍大致可分為六類：超低頻信號發生器0.0001Hz～1000Hz；低頻信號發生器1Hz～1MHz；視頻信號發生器20Hz～10MHz；高頻信號發生器200KHz～30MHz；甚高頻信號發生器30KHz～300MHz；超高頻信號發生器300MHz以上。2.按輸出波形,大致可分為：正弦波形發生器；脈沖信號發生器；函數信號發生器；噪聲信號發生器。3.按照信號發生器的性能指標可分為：一般信號發生器；標準信號發生器；3.2正弦信號源的性能指標1.頻率特性（1）頻率范圍（2）頻率準確度

（3）頻率穩定度

1.

低頻信號發生器低頻信號發生器頻率范圍一般為20Hz～20KHz，故又稱音頻信號發生器3.3

函數發生器3.2.1正弦信號發生器主振級緩沖放大電平控制功率放大衰減器阻抗變換電平調節波段調節頻率細調電平指示低頻信號發生器組成原理2.

高頻信號發生器高頻信號發生器輸出頻率范圍一般在300KHz～1GHz，大多數具有調幅，調頻及脈沖調制等功能輸出主振級波段選擇頻率細調緩沖調制級輸出級調制振蕩器監測器外調制輸入高頻信號發生器原理框圖3.2.2脈沖信號發生器常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形和數字編碼序列等：uto（a）矩形波uto（b）鋸齒波uto（c）階梯波uto（d）鐘形脈沖uto（e）數字編碼序列常見的脈沖信號脈沖發生器的分類（根據用途和產生脈沖的方法）：通用脈沖發生器、快速（廣譜）脈沖發生器、函數發生器、數字可編程脈沖發生器及特種脈沖發生器等。2.快速（廣譜）脈沖發生器在時域測試中，快速脈沖信號發生器用來提供廣譜的激勵信號，尤其在微波網絡、寬帶元器件的時域測試中，脈沖信號發生器相當于頻域測試中的掃頻信號源。快速脈沖信號的產生技術主要有：水銀開關脈沖發生器、雪崩晶體管脈沖發生器、階躍恢復二極管脈沖發生器以及隧道二極管脈沖發生器等。VDRCROKRL水銀開關脈沖發生器原理50mV/DIV×30dB1ns/DIV(a)0-40dB0123GHz(b)過度持續時間為1ns的脈沖發生器前沿及其頻譜50mV/DIV100ps/DIV(a)0-40dB0102030GHz(b)隧道二極管脈沖發生器前沿及其頻譜例如一個前沿上升時間為1ns的脈沖，其可用頻譜分量為1GHz，而隧道二極管脈沖發生器產生的脈沖前沿上升時間快達15ps，則其可用頻譜可以高達30GHz。3.2.3函數信號發生器1.多波形信號發生原理⑴方波三角波發生器C雙穩態電路VC2V2VC1AWRU1I1U2B方波、三角波發生器原理框圖V1設充放電電流為I，輸出三角波的頻率為fsc，則：⑶鋸齒波形成電路ut（a）ut（b）tu（c）tu（d）鋸齒波的獲得原理鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（a）所示三角波與圖（b）所示方波直接疊加就可得到圖（c）所示的交錯鋸齒波，再經過全波整流，就得到了圖（d）所示的鋸齒波。2.函數發生器的性能和組成函數發生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，具有較寬的頻率范圍（0.1Hz～幾十MHz）及較穩定的頻率。頻率控制網絡三角波緩沖器正弦波綜合及緩沖正恒流源負恒流源比較器方波緩沖器外部頻率控制函數選擇及其它波形產生輸出放大輸出濾波直流補償積分電路函數發生器基本組成原理3.４直接數字合成技術１DDS組成原理直接數字合成（DirectDigitalSynthesis）的基本原理是基于取樣技術和計算技術，通過數字合成來生成頻率和相位對于固定的參考頻率可調的信號。3.４.１直接數字合成基本原理

設取樣時鐘頻率為，正弦波每一周期由Ｎ個取樣點構成，則該正弦波的頻率為：2相位累加器原理

當改變地址計數器計數步進值（即以值M來進行累加），同樣可以改變每周期采樣點數，從而實現輸出頻率的改變。地址計數器步進值改變可以通過相位累加法來實現相位鎖存器頻率控制字M相位累加器fr波形存儲RAMD/A轉換LPFfo24～48位14～16位相位累加器原理為便于理解，可以將正弦波波形看作一個矢量沿相位圓轉動，相位圓對應正弦波一個周期的波形。波形中的每個采樣點對應相位圓上的一個相位點。步進點數25640966553642949672962856N8121620243248數字相位圓設相位累加器位數為N，頻率控制字為M，參考時鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：截斷誤差：一般舍去N的低位，只取N的高A位（如高16位）作為存儲器地址，使得相位的低位被截斷（即相位截尾）。當相位值變化小于1/2A時，波形幅值并不會發生變化，但輸出頻率的分辨率并不會降低，由于地址截斷而引起的幅值誤差，稱為截斷誤差。實際應用中一般取1≤M≤(N-2)2基于可編程芯片的DDS頻率合成信號源

單片集成的DDS芯片合成信號波形的種類較少，靈活性較差，不便于任意波發生器等場合的應用。基于可編程芯片實現的DDS信號合成可具有更大的靈活性。相位累加器參考時鐘相位調制器D/A轉換濾波CPU接口輸出頻率控制字波形存儲器SRAM基于可編程芯片的DDS頻率合成信號源3DSS/PLL組合的頻率合成信號源

DDS與PLL組合的合成信號源可以有多種形式，下圖是一種環外混頻式DDS/PLL頻率合成的原理。PDLPFVCO÷KDDS混頻器帶通濾波frfcfoDDS/PLL混頻式頻率合成原理fPfD基準信號源此時輸出頻率為：3.5合成信號源簡介任意波發生器（AibitrayWaveGenerator）：能產生任意波形的信號發生器。3.5.1任意波形發生器1

AWG的工作原理任意波形發生器的原理與DDS基本相同，如下圖所示波形存儲器D/A轉換器濾波器fs輸出任意波形發生器原理函數、任意波形發生器3.5.2合成掃頻信號源1工作原理

頻率特性測試的方法：點頻法和掃頻法點頻法：逐點調整信號發生器的輸出頻率，并用電壓表等設備記錄被測系統的響應。特點：準確度高，但繁瑣費時，頻率間隔較大。掃頻法：是利用掃頻信號發生器輸出自動連續變化的頻率信號，對被測系統進行動態式的掃頻測試。特點：簡單快捷，可以方便地測量系統的頻率特性及動態特性。掃頻信號發生器的原理結構：掃描電壓發生器正弦振蕩器放大器電平調制衰減ALC放大狀態控制可變移相顯示器頻率標記電路輸出外部自動電平控制參考電平調制信號掃頻信號發生器原理框圖正弦振蕩器在掃描電壓作用下，按一定規律在一定頻率范圍內反復掃描。掃描電壓為鋸齒波或三角波:其頻率掃描規律為線性；掃描電壓為對數變化:頻率掃描規律是對數，對數掃頻常用于寬帶掃頻。基于DDS的合成掃頻信號源輸出信號頻率為(M/2N)fc，當M在1～2N-1之間變化時，輸出頻率可在(1/2N)fc～(1/2)fc范圍內變化，當M改變1時，fo的變化為(1/2N)fc。當控制單元輸出的頻率控制字按一定規律變化時，則得到按相應規律變化的掃頻信號。控制單元N位相位累加器相幅轉換D/A濾波輸出N頻率控制字MDDS合成掃頻信號源原理fcfo由于DDS的輸出頻率上限較低，可以采用DDS與PLL組合的方式構成掃頻信號源。2合成掃頻信號源簡介

頻率合成式的掃頻信號源可實現寬帶掃頻，它具有頻率準確度和分辨力高，寄生信號和相位噪聲低等特點，具有掃頻功能和多種調制方式，能夠取代掃頻信號發生器、頻率計數器、