第6章信号的产生课件.ppt
6.1 信号源概述,信号源的作用和组成 信号源的分类 正弦信号源的性能指标,6.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成,1.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：激励源。信号仿真。标准信号源。,2.信号源的组成,6.1.2 信号源的分类,1.按频率范围 大致可分为六类：超低频信号发生器 0.0001Hz1000Hz；低频信号发生器 1Hz1MHz；视频信号发生器 20Hz10MHz；高频信号发生器 200KHz30MHz；甚高频信号发生器 30KHz300MHz；超高频信号发生器 300MHz以上。,2.按输出波形,大致可分为：正弦波形发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器；噪声信号发生器。,3.按照信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；,6.1.3 正弦信号源的性能指标,1.频率特性（1）频率范围（2）频率准确度（3）频率稳定度,2.输出特性（1）输出电平范围（2）输出电平的频响（3）输出电平准确度（4）输出阻抗（5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。,1.低频信号发生器低频信号发生器频率范围一般为20Hz20KHz，故又称音频信号发生器,6.2 正弦、脉冲及函数发生器,6.2.1 正弦信号发生器,2.高频信号发生器高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能,6.2.2 脉冲信号发生器,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：,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。,1.通用脉冲发生器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。,2.快速（广谱）脉冲发生器在时域测试中，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中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。,例如一个前沿上升时间为1ns的脉冲，其可用频谱分量为1GHz，而隧道二极管脉冲发生器产生的脉冲前沿上升时间快达15ps，则其可用频谱可以高达30GHz。,6.2.3 函数信号发生器,1.多波形信号发生原理方波三角波发生器,C,正弦波形成电路,锯齿波形成电路,锯齿波可以通过方波与三角波而获得，将下图中（a）所示三角波与图（b）所示方波直接叠加就可得到图（c）所示的交错锯齿波，再经过全波整流，就得到了图（d）所示的锯齿波。,2.函数发生器的性能和组成函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，具有较宽的频率范围（0.1Hz几十MHz）及较稳定的频率。,6.3 锁相频率合成信号的产生,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。,6.3.1 频率合成的基本概念,2.频率合成分类及特点直接频率合成 通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。,优点：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。,锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振荡器（VCO）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不同的频率。优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。,直接数字合成（DDS）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 优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小缺点：频率上限较低，杂散也较大。,3.频率合成技术的发展 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有其优缺点，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，特别是DDS与PLL的结合,可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。,6.3.2 锁相环（PLL）的基本概念,1.锁相环基本工作原理及性能 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成。,锁相环的主要性能指标:同步带宽：锁定条件下输入频率所允许的最大变化范围 捕捉带宽：环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的频差 环路带宽:锁相环的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。,2.锁相环的基本形式 倍频式锁相环 倍频环实现对输入频率进行乘法运算，主要有两种形式：谐波倍频环和数字倍频环,分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有两种基本形式。,混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算,多环合成单元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,
