电子测量原理
第 1页
第 8章 信号的产生
8.1 信号源概述
8.2 正弦、脉冲及函数发生器
8.3 锁相频率合成信号的产生
8.4 直接数字合成技术
8.5 合成信号源简介
电子测量原理
第 2页
8.1 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
电子测量原理
第 3页
8.1.1 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。
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第 4页
2,信号源的组成
信号
输出
主振器 缓冲 调制 输出
电 源 监测
信号发生器结构框图
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第 5页
8.1.2 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 0.0001Hz～ 1000Hz；
? 低频信号发生器 1Hz～ 1MHz；
? 视频信号发生器 20Hz～ 10MHz；
? 高频信号发生器 200KHz～ 30MHz；
? 甚高频信号发生器 30KHz～ 300MHz；
? 超高频信号发生器 300MHz以上。
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第 6页
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；
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第 7页
8.1.3 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
%1 0 0?????
oo
o
f
f
f
ff?
%1 0 0m inm a x ???
of
ff?
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第 8页
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。
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。
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第 9页
1,低频信号发生器
? 低频信号发生器频率范围一般为 20Hz～ 20KHz，故又称音
频信号发生器
8.2 正弦、脉冲及函数发生器
8.2.1 正弦信号发生器
主振级 缓冲放大 电平控制 功率放大 衰减器 阻抗变换
电平调节波段调节 频率细调 电平指示
低频信号发生器组成原理
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第 10页
2,高频信号发生器
? 高频信号发生器输出频率范围一般在 300KHz～ 1GHz，大
多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能
输出主振级
波段
选择
频率
细调
缓冲 调制级 输出级
调制振荡器 监测器
外调制
输入
高频信号发生器原理框图
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第 11页
8.2.2 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,
u
to
（ a） 矩形波
u
to
（ b） 锯齿波
u
to
（ c） 阶梯波
u
to
（ d） 钟形脉冲
u
to
（ e） 数字编码序列
常见的脉冲信号
? 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。
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第 12页
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。
输出
脉宽，上升 /下降沿
控制
主振级
同步放大
延时级 脉冲形成 输出级
同步脉冲输出
外同步
触发输入
外触发
同步脉冲输出
脉冲信号发生器组成原理
电子测量原理
第 13页
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。
? 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
及隧道二极管脉冲发生器等。
VD
RC RO
K
RL
水银开关脉冲发生器原理
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第 14页
50mV/DIV
× 30dB
1 ns/DIV
(a)
0
-40dB
0 1 2 3GHz
(b)
过度持续时间为 1ns的脉冲发生器前沿及其频谱
50mV/DIV
100 ps/DIV
(a)
0
-40dB
0 10 20 30GHz
(b)
隧道二极管脉冲发生器前沿及其频谱
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。
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第 15页
8.2.3 函数信号发生器
1,多波形信号发生原理
? ⑴方波三角波发生器
C
双稳态
电路
VC2 V2VC1
A
W
R
U1 I1 U
2
B
方波、三角波发生器原理框图
V1
)(2 21 VVC
If
sc ??
设充放电电流为 I，输出三角波的频率为 fsc，则：
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第 16页
? ⑵ 正弦波形成电路
u
t
i
ust
usc
t
分段折线逼近波形综合
?其电路实现原理如下图所示 。
分段逼近波形综合电路
+E
-E
R0
R1R2R3R4R5R6
R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7A
R7B R6B R5B R4B R3B R2B R1B
Vi
Vo
D1A
D1B
D2AD3AD4AD5AD6A
D2BD3BD4BD5BD6B
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第 17页
? ⑶ 锯齿波形成电路
u t
（ a）
u t
（ b）
t
u
（ c）
t
u
（ d）
锯齿波的获得原理
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 。
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第 18页
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。
频率
控制
网络
三角波
缓冲器
正弦波综
合及缓冲
正恒
流源
负恒
流源
比较器
方波
缓冲器
外
部
频
率
控
制
函数
选择
及其
它波
形产
生
输出
放大
输出
滤波
直流
补偿
积分
电路
函数发生器基本组成原理
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第 19页
8.3 锁相频率合成信号的产生
1,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。
8.3.1 频率合成的基本概念
频率 1输出石英晶体 代数运算
（加、减、乘、除）
频率合成原理
频率 n输出基准频率
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第 20页
2,频率合成分类及特点
? ⑴ 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 。
晶振谐波发生器（倍频）
分频 （ ÷ 10）8MHz
混频 （ +）
混频 （ +）
2MHz 滤波 分频 （ ÷ 10）
2.8MHz
滤波
0.28MHz
分频 （ ÷ 10）
混频 （ +） 滤波
6MHz
6.28MHz
0.628MHz
3MHz 3.628MHz
直接式频率合成原理框图
1MHz
1MHz 9MHz
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。
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第 21页
? ⑵ 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。
? ⑶ 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。
电子测量原理
第 22页
? 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。
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第 23页
8.3.2 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 。
锁相环控制系统原理图
fr V
r VCOPD LPF V
o
fOV
d
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第 24页
? 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。
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第 25页
2,锁相环的基本形式
? ⑴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
（ a） 谐波倍频环
VCOPD LPF fO=Nfifi 谐波
形成
Nfi fo=Nfi
（ b） 数字倍频环
VCOPD LPF
fi
÷ N
倍频式锁相环原理图
fi × N
PLL
Nfi
（ c） 倍频环简化图
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第 26页
? ⑵ 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 。
分频式锁相环原理图
VCOPD LPF
fo=fi/Nfi
÷ N
（ b）数字分频环
VCOPD LPF
fo=fi/Nf
i
谐波
形成
（ a）谐波分频环 fi
÷ N
PLL
fo=fi/N
（ c）分频环简化图
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第 27页
? ⑶ 混频式锁相环
? 混频环实现对频率的加减运算
PD LPF VCO
M
（＋）
fi1
fi2 fo+fi2
（ b）相减混频环
PD LPF VCO
M
（－）
fi1
fi2
fo= fi1+ fi2
fo-fi2
（ a）相加混频环
fo= fi1- fi2
混频锁相环
+
PLL
fi1
fi2
fo= fi1+ fi2 -
PLL
fi1
fi2
fo= fi1- fi2
（ c）相加环简化图 （ d）相减环简化图
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第 28页
? ⑷ 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
fo= Nfi1+ fi2
3400～ 5100
KHz
10KHz
PD2 LPF2 VCO2
M
（－）
fi2
fi1 fo-Nfi1Nfi1
内插振荡器
环 1
环 2
倍频环 加法混频环
（ a） 双环合成器原理结构框图
100～ 110KHz
× N
PLL
Nfi1 +PLLfi1
fi2 f
o=N fi1+ fi2
（ b） 双环合成器简化结构框图
双环合成器原理结构图
VCO1PD1 LPF1谐波形成
电子测量原理
第 29页
实例分析：十进频率合成器
? 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
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。
（ 1）十进频率合成器组成
五个 DS-1合成单元串接起来，其输出频率被送到合成
单元 DS-2，得到输出频率为 21～ 22MHz,DS-2的输出加到
合成单元 DS-4，得到输出频率为 101～ 122MHz,合成单元
DS-3输出为 101～ 92MHz,DS-3与 DS-4的输出频率加到混
频器 M进行相减，最后得到 200Hz～ 30MHz的输出频
电子测量原理
第 30页
DS-1
0-9
× 1Hz
DS-1
0-9
× 10Hz
DS-1
0-9
× 100Hz
DS-1
0-9
× 1KHz
DS-1
0-9
× 10KHz
DS-2
0-9
× 100
KHz
DS-4
0-2
× 10MHz
DS-3
0-2
× 1MHz
21～ 22
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
≈ 内插振荡器
0～ 1Hz
1.2～ 1.3MHz
9MHz
100KHz
M
（ -）
101～ 92MHz 101～ 122
MHz200Hz～ 30MHz×
÷
5MHz
9MHz
1MHz
100KHz2.5MHz
S1 S2 S3 S4 S5
十进锁相式频率合成器组成框图
电子测量原理
第 31页
(2) 十进锁相合成单元
VCOPD LPF
1.8～
2.7
MHz
100KHz 谐波
形成
Nfi
DS-1原理框图
M1
（＋）
M2
（＋）
9MHz
1.2～ 1.3MHz
基准
后一位合成单元
10.2～
10.3MHz
÷
10
12～ 13
MHz 1.2～1.3
MHz
倍频环
1） DS-1合成单元
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第 32页
2） DS-2合成单元
VCOPD LPF
1.8～ 2.7
MHz100KHz
谐波
形成
Nfi
DS-2原理框图
M1
（＋）
M2
（＋）
9MHz
1.2～ 1.3MHz
基准
“× 10KHz”单元输出
19.2～ 19.3MHz
21～ 22MHz
倍频环
× 2 18MHz
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第 33页
3） DS-3合成单元
VCOPD LPF
101～ 92
MHz
1MHz
谐波
形成
Nfi
DS-3原理框图
倍频环
fi
电子测量原理
第 34页
4） DS-4合成单元
PD LPF VCO
M
（－）
DS-2的输出
0,80MHz
加法混频环
21～ 22MHz
101～ 122MHz
DS-4原理框图
基准
倍频
环
5MHz VCOPD LPF
谐波
形成
1,90MHz
2,100MHz
电子测量原理
第 35页
（ 3）输出频率的连续调节
? 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
VCOPD LPF
1.2～ 1.3
MHz100KHz 谐波
形成
内插振荡器组成框图
基准
1
2
S
+
P
当选择开关 S置于 1时，内插振荡器是一个倍频环，它输出一
个 1.2MHz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 S置于 2时,VCO就作为一个频率连续可
调的振荡器工作，调节电位器 P，改变 VCO的偏压，可使它的输
出在 1.2MHZ～ 1.3MHZ之间连续变化。
电子测量原理
第 36页
8.3.3 提高频率分辨力的锁相合成技术
? 1 提高频率分辨力的技术途径
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 8.9。
ie ft /25?
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,多环频率合成法；小数分频法。
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第 37页
? 2 多环频率合成法
? 下面是一个三环锁相频率合成器原理框图
三环 PLL合成器
VCOBPDB LPFB fB
fi
÷ NB
÷ M
VCOC
PDC
LPFC
－
BPF
fo
VCOAPDA LPFA +
÷ NA
fA
× NA
PLL
+
PLL
÷ M× NBPLL
fi fo
三环合成器简化框图
fB
fA
电子测量原理
第 38页
? 环 A输出频率为,
? 环 B的输出频率为,
iAA fNf ?
iBB fNf ?
由环 C有：
Mfff BAo /??
因此，合成器的输出频率为,
iBAo fMNNf )/( ??
电子测量原理
第 39页
3 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
例如要实现 4.3的小数分频, 只要在 10次分频中作 7（ 即 10-3）
次除 4,3次除 5就可以得到 。 又如, 要实现 7.32的小数分频, 只
要在每 100次分频中作 68（ 100-32） 次除 7,32次除 8即可 。
VCOPD LPFu
i
fi
÷ N
fo
N存储器F存储器
uo
脉冲
删除
接口
小数分频实现电路图
OVFACCU
电子测量原理
第 40页
例, 分频比为 4.3的实现过程
? 若分频比为 4.3,则在输入信号的 10个周期内，输出信号
为 43个周期。每一次循环过程中，在 ui各周期内，累加器
的值和其分频系数如表 8-1所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
累加值 0.3 0.6 0.9 0.2 0.5 0.8 0.1 0.4 0.7 0
分频
系数
4 4 4 5 4 4 5 4 4 5
表 8-1 输入信号每周期内的分频系数和累加值（分频比为 4.3）
电子测量原理
第 41页
小数分频电路的改进
? 小数分频时,输入输出频率之比不是整数,使得鉴相器的输
出出现阶梯电压变化，这个电压加到 VCO上会使得合成器频
谱变差。同时累加值（累加器 ACCU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 D/A转换后加到 PD的
输出端就可以抵消该变化。
VCOPD LPFu
r
fr
÷ NDAC
fo
N存储器F存储器
uo
脉冲
删除
接口
﹢
改进的小数分频实现电路图
+
OVFACCU
-
电子测量原理
第 42页
8.3.4 扩展频率上限的锁相合成技术
? 扩展频率上限的方法,
前置分频器法 ;多模分频器法。
? 1 前置分频器法
? 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
程分频器进行可变的分频 。
前置分频锁相频率合成器
PD LPF VCO
÷ N ÷ M
模数控制
fi fof
d
该方法使频率上限提高了 M倍，但频率分辨力下降了 M倍 。
电子测量原理
第 43页
? 2 多模分频锁相频率合成技术
? 多摸分频器, 模值（分频比）可以在多个固定的值上
改变的分频器,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。
PD LPF VCO
÷ N1
÷ N2
V/V+1
fi fo变模分频器
模式控制
双模分频锁相频率合成器
置初值
N1输出到鉴相器的一个参考周期中，包含的 VCO输出信号
的周期数 N为,
21212 )()1( NVNVNNVNN ??????
电子测量原理
第 44页
? 在锁相环锁定的情况下,合成器输出频率为：
io fNVNf ??? )( 21
此时双模分频器的工作频率为,fo
分频器Ｎ １ 的工作频率为,fo ／ v
分频器Ｎ ２ 的工作频率为,fo ／（ v＋１）
由上式可知，当Ｎ ２ 变化１时,fo变化为 fi，即输出频
率分辨力为 fi．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。
电子测量原理
第 45页
8.４ 直接数字合成技术
? １ DDS组成原理
? 直接数字合成（ Direct Digital Synthesis）的基本原
理是基于取样技术和计算技术，通过数字合成来生成频
率和相位对于固定的参考频率可调的信号。
8.４,１ 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Ｎ个取样点构
成，则该正弦波的频率为：
N
f
NTf
c
c
o ??
1
电子测量原理
第 46页
? DDS的实现原理如下图所示
地址计数器
（ ÷ N）
正弦波 ROM
存储器 D/A LPF
fc fo
DDS组成原理
输出信号频率 fo,取决于两个因数：⑴参考时钟频率；⑵
ROM中存储的正弦波；
N
Mff c
o ?
如果 地址计数器以步进 M（ M>=1)进行累加，则可在 fc和 ROM
数据不变的情况下改变 输出频率，此时 fo为：
电子测量原理
第 47页
2 相位累加器原理
? 当改变地址计数器计数步进值（即以值 M来进行累加），
同样可以改变每周期采样点数，从而实现输出频率的改
变 。地址计数器步进值改变可以通过相位累加法来实现
相位
锁存器频率控制字 M
相位累加器
fr
波形存储
RAM
D/A
转换 LPF fo
24～ 48位
14～ 16
位
相位累加器原理
电子测量原理
第 48页
? 为便于理解，可以将正弦波波形看作一个矢量沿相位
圆转动，相位圆对应正弦波一个周期的波形。波形中的
每个采样点对应相位圆上的一个相位点。
步进 点数
256
4096
65536
1048576
16777216
4294967296
281474976710656
N
8
12
16
20
24
32
48
数字相位圆
电子测量原理
第 49页
? 设相位累加器位数为 N，频率控制字为 M，参考时钟频率
为 fc，则 DDS输出频率为：
cNo f
Mf
2?
? 截断误差：一般舍去 N的低位，只取 N的高 A位（如高 16位）
作为存储器地址，使得相位的低位被截断（即相位截尾）。
当相位值变化小于 1/2A时，波形幅值并不会发生变化，但输
出频率的分辨率并不会降低，由于地址截断而引起的幅值误
差，称为截断误差。
实际应用中一般取 1≤M≤(N -2)
电子测量原理
第 50页
8.４,2 DDS频率合成信号源
? 1 单片集成化的 DDS信号源
输出
输出
串 /并
选择
6位地址或
串行编程
8位并
行数据
FSK/BPSK/HOLD
数据输入
4× ～ 20×
参考时钟
倍乘
频
率
累
加
器
相位偏移
及调制
+
相
位
累
加
器
相
位
转
换
器
300MHzDDS
参
考
时
钟
滤波
器
滤波
器
12位
D/A
M/
DAC复位
12位
D/A
频率控制字 /相位字启停逻辑
I/O
更新
读写
可编程寄存器
48位频率
控制字
14位相 位
偏移 /调制
I/O端口缓冲
12位
AM调制
比较器
模拟输入
时钟输出
AD9854 DDS结构
+
-
电子测量原理
第 51页
2 基于可编程芯片的 DDS频率合成信号源
? 单片集成的 DDS芯片合成信号波形的种类较少，灵活性较
差，不便于任意波发生器等场合的应用。基于可编程芯
片实现的 DDS信号合成可具有更大的灵活性。
相位累
加器
参考
时钟
相位
调制器
D/A转
换 滤波
CPU 接口
输出
频率控制字
波形
存储器
SRAM
基于可编程芯片的 DDS频率合成信号源
电子测量原理
第 52页
3 DSS/PLL组合的频率合成信号源
? DDS与 PLL组合的合成信号源可以有多种形式，下图是一
种环外混频式 DDS/PLL频率合成的原理。
PD LPF VCO
÷ K
DDS
混频器 带通滤波f
r
fc
fo
DDS/PLL混频式频率合成原理
fP
fD基
准
信
号
源
此时输出频率为：
N
c
rDPo
fMfKfff
2
??????
电子测量原理
第 53页
8.5 合成信号源简介
? 任意波发生器（ Aibitray Wave Generator）：能产生任
意波形的信号发生器 。
8.5.1 任意波形发生器
? 1 AWG的工作原理
? 任意波形发生器的原理与 DDS基本相同，如下图所示
波形存储器 D/A转换器 滤波器
fs
输出
任意波形发生器原理
电子测量原理
第 54页
2 AWG的主要技术指标
? ① 波形编辑功能 。
? ② 输出波形频率 。
? ③ 相位分辨力 。
? ④ 幅度分辨率 。
? ⑤ 输出通道数 。
电子测量原理
第 55页
函数、任意波形发生器
电子测量原理
第 56页
8.5.2 合成扫频信号源
? 1 工作原理
? 频率特性测试的方法：点频法和扫频法
点频法,逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设
备记录被测系统的响应。
特点：准确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。
扫频法,是利用扫频信号发生器输出自动连续变化的频率信号，
对被测系统进行动态式的扫频测试。
特点：简单快捷，可以方便地测量系统的频率特性及动态特性。
电子测量原理
第 57页
扫频信号发生器的原理结构：
扫描电压发生器 正弦振荡器 放大器 电平调制 衰减
ALC放大
状态控制
可变移相 显示器
频率标记电路
输出
外部自动
电平控制参考电平
调制信号
扫频信号发生器原理框图
正弦振荡器在扫描电压作用下, 按一定规律在一定频率范围内反
复扫描 。
扫描电压为锯齿波或三角波,其频率扫描规律为线性；
扫描电压为对数变化, 频率扫描规律是对数, 对数扫频常用于宽
带扫频 。
电子测量原理
第 58页
基于 DDS的合成扫频信号源
? 输出信号频率为 (M/2N)fc,当 M在 1～ 2N-1之间变化时, 输
出频率可在 (1/2N)fc ～ (1/2)fc范围内变化, 当 M改变 1
时, fo的变化为 (1/2N)fc 。
? 当控制单元输出的频率控制字按一定规律变化时, 则得
到按相应规律变化的扫频信号 。
控制单元 N位相位累加器 相幅转换 D/A 滤波
输
出N
频率
控制字
M
DDS合成扫频信号源原理
fc
fo
由于 DDS的输出频率上限较低，可以采用 DDS与 PLL组合的方式
构成扫频信号源。
电子测量原理
第 59页
2 合成扫频信号源简介
? 频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率
准确度和分辨力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具
有扫频功能和多种调制方式，能够取代扫频信号发生器、
频率计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂
家和种类很多，其性能特点各不相同。
? 例如 Agilent83630B具有连续, 步进及斜波等多种工作方
式, 频率输出范围为 0.01～ 26.5GHz,单频时的频率分辨
力为 1～ 4Hz,扫频时为扫频范围的 0.1%,其长期稳定度
为 5× 10-10/天, 输出频率低于 20GHz时, 谐波噪声低于 -
50dBc,单边带相位噪声小于 -80dBc,达到了与其它频率
合成信号发生器同样的水平 。
第 1页
第 8章 信号的产生
8.1 信号源概述
8.2 正弦、脉冲及函数发生器
8.3 锁相频率合成信号的产生
8.4 直接数字合成技术
8.5 合成信号源简介
电子测量原理
第 2页
8.1 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
电子测量原理
第 3页
8.1.1 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。
电子测量原理
第 4页
2,信号源的组成
信号
输出
主振器 缓冲 调制 输出
电 源 监测
信号发生器结构框图
电子测量原理
第 5页
8.1.2 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 0.0001Hz～ 1000Hz；
? 低频信号发生器 1Hz～ 1MHz；
? 视频信号发生器 20Hz～ 10MHz；
? 高频信号发生器 200KHz～ 30MHz；
? 甚高频信号发生器 30KHz～ 300MHz；
? 超高频信号发生器 300MHz以上。
电子测量原理
第 6页
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；
电子测量原理
第 7页
8.1.3 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
%1 0 0?????
oo
o
f
f
f
ff?
%1 0 0m inm a x ???
of
ff?
电子测量原理
第 8页
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。
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
第 9页
1,低频信号发生器
? 低频信号发生器频率范围一般为 20Hz～ 20KHz，故又称音
频信号发生器
8.2 正弦、脉冲及函数发生器
8.2.1 正弦信号发生器
主振级 缓冲放大 电平控制 功率放大 衰减器 阻抗变换
电平调节波段调节 频率细调 电平指示
低频信号发生器组成原理
电子测量原理
第 10页
2,高频信号发生器
? 高频信号发生器输出频率范围一般在 300KHz～ 1GHz，大
多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能
输出主振级
波段
选择
频率
细调
缓冲 调制级 输出级
调制振荡器 监测器
外调制
输入
高频信号发生器原理框图
电子测量原理
第 11页
8.2.2 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,
u
to
（ a） 矩形波
u
to
（ b） 锯齿波
u
to
（ c） 阶梯波
u
to
（ d） 钟形脉冲
u
to
（ e） 数字编码序列
常见的脉冲信号
? 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。
电子测量原理
第 12页
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。
输出
脉宽，上升 /下降沿
控制
主振级
同步放大
延时级 脉冲形成 输出级
同步脉冲输出
外同步
触发输入
外触发
同步脉冲输出
脉冲信号发生器组成原理
电子测量原理
第 13页
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。
? 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
及隧道二极管脉冲发生器等。
VD
RC RO
K
RL
水银开关脉冲发生器原理
电子测量原理
第 14页
50mV/DIV
× 30dB
1 ns/DIV
(a)
0
-40dB
0 1 2 3GHz
(b)
过度持续时间为 1ns的脉冲发生器前沿及其频谱
50mV/DIV
100 ps/DIV
(a)
0
-40dB
0 10 20 30GHz
(b)
隧道二极管脉冲发生器前沿及其频谱
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。
电子测量原理
第 15页
8.2.3 函数信号发生器
1,多波形信号发生原理
? ⑴方波三角波发生器
C
双稳态
电路
VC2 V2VC1
A
W
R
U1 I1 U
2
B
方波、三角波发生器原理框图
V1
)(2 21 VVC
If
sc ??
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
第 16页
? ⑵ 正弦波形成电路
u
t
i
ust
usc
t
分段折线逼近波形综合
?其电路实现原理如下图所示 。
分段逼近波形综合电路
+E
-E
R0
R1R2R3R4R5R6
R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7A
R7B R6B R5B R4B R3B R2B R1B
Vi
Vo
D1A
D1B
D2AD3AD4AD5AD6A
D2BD3BD4BD5BD6B
电子测量原理
第 17页
? ⑶ 锯齿波形成电路
u t
（ a）
u t
（ b）
t
u
（ c）
t
u
（ d）
锯齿波的获得原理
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 。
电子测量原理
第 18页
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。
频率
控制
网络
三角波
缓冲器
正弦波综
合及缓冲
正恒
流源
负恒
流源
比较器
方波
缓冲器
外
部
频
率
控
制
函数
选择
及其
它波
形产
生
输出
放大
输出
滤波
直流
补偿
积分
电路
函数发生器基本组成原理
电子测量原理
第 19页
8.3 锁相频率合成信号的产生
1,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。
8.3.1 频率合成的基本概念
频率 1输出石英晶体 代数运算
（加、减、乘、除）
频率合成原理
频率 n输出基准频率
电子测量原理
第 20页
2,频率合成分类及特点
? ⑴ 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 。
晶振谐波发生器（倍频）
分频 （ ÷ 10）8MHz
混频 （ +）
混频 （ +）
2MHz 滤波 分频 （ ÷ 10）
2.8MHz
滤波
0.28MHz
分频 （ ÷ 10）
混频 （ +） 滤波
6MHz
6.28MHz
0.628MHz
3MHz 3.628MHz
直接式频率合成原理框图
1MHz
1MHz 9MHz
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。
电子测量原理
第 21页
? ⑵ 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。
? ⑶ 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。
电子测量原理
第 22页
? 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。
电子测量原理
第 23页
8.3.2 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 。
锁相环控制系统原理图
fr V
r VCOPD LPF V
o
fOV
d
电子测量原理
第 24页
? 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。
电子测量原理
第 25页
2,锁相环的基本形式
? ⑴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
（ a） 谐波倍频环
VCOPD LPF fO=Nfifi 谐波
形成
Nfi fo=Nfi
（ b） 数字倍频环
VCOPD LPF
fi
÷ N
倍频式锁相环原理图
fi × N
PLL
Nfi
（ c） 倍频环简化图
电子测量原理
第 26页
? ⑵ 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 。
分频式锁相环原理图
VCOPD LPF
fo=fi/Nfi
÷ N
（ b）数字分频环
VCOPD LPF
fo=fi/Nf
i
谐波
形成
（ a）谐波分频环 fi
÷ N
PLL
fo=fi/N
（ c）分频环简化图
电子测量原理
第 27页
? ⑶ 混频式锁相环
? 混频环实现对频率的加减运算
PD LPF VCO
M
（＋）
fi1
fi2 fo+fi2
（ b）相减混频环
PD LPF VCO
M
（－）
fi1
fi2
fo= fi1+ fi2
fo-fi2
（ a）相加混频环
fo= fi1- fi2
混频锁相环
+
PLL
fi1
fi2
fo= fi1+ fi2 -
PLL
fi1
fi2
fo= fi1- fi2
（ c）相加环简化图 （ d）相减环简化图
电子测量原理
第 28页
? ⑷ 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
fo= Nfi1+ fi2
3400～ 5100
KHz
10KHz
PD2 LPF2 VCO2
M
（－）
fi2
fi1 fo-Nfi1Nfi1
内插振荡器
环 1
环 2
倍频环 加法混频环
（ a） 双环合成器原理结构框图
100～ 110KHz
× N
PLL
Nfi1 +PLLfi1
fi2 f
o=N fi1+ fi2
（ b） 双环合成器简化结构框图
双环合成器原理结构图
VCO1PD1 LPF1谐波形成
电子测量原理
第 29页
实例分析：十进频率合成器
? 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
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。
（ 1）十进频率合成器组成
五个 DS-1合成单元串接起来，其输出频率被送到合成
单元 DS-2，得到输出频率为 21～ 22MHz,DS-2的输出加到
合成单元 DS-4，得到输出频率为 101～ 122MHz,合成单元
DS-3输出为 101～ 92MHz,DS-3与 DS-4的输出频率加到混
频器 M进行相减，最后得到 200Hz～ 30MHz的输出频
电子测量原理
第 30页
DS-1
0-9
× 1Hz
DS-1
0-9
× 10Hz
DS-1
0-9
× 100Hz
DS-1
0-9
× 1KHz
DS-1
0-9
× 10KHz
DS-2
0-9
× 100
KHz
DS-4
0-2
× 10MHz
DS-3
0-2
× 1MHz
21～ 22
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
1.2～ 1.3
MHz
≈ 内插振荡器
0～ 1Hz
1.2～ 1.3MHz
9MHz
100KHz
M
（ -）
101～ 92MHz 101～ 122
MHz200Hz～ 30MHz×
÷
5MHz
9MHz
1MHz
100KHz2.5MHz
S1 S2 S3 S4 S5
十进锁相式频率合成器组成框图
电子测量原理
第 31页
(2) 十进锁相合成单元
VCOPD LPF
1.8～
2.7
MHz
100KHz 谐波
形成
Nfi
DS-1原理框图
M1
（＋）
M2
（＋）
9MHz
1.2～ 1.3MHz
基准
后一位合成单元
10.2～
10.3MHz
÷
10
12～ 13
MHz 1.2～1.3
MHz
倍频环
1） DS-1合成单元
电子测量原理
第 32页
2） DS-2合成单元
VCOPD LPF
1.8～ 2.7
MHz100KHz
谐波
形成
Nfi
DS-2原理框图
M1
（＋）
M2
（＋）
9MHz
1.2～ 1.3MHz
基准
“× 10KHz”单元输出
19.2～ 19.3MHz
21～ 22MHz
倍频环
× 2 18MHz
电子测量原理
第 33页
3） DS-3合成单元
VCOPD LPF
101～ 92
MHz
1MHz
谐波
形成
Nfi
DS-3原理框图
倍频环
fi
电子测量原理
第 34页
4） DS-4合成单元
PD LPF VCO
M
（－）
DS-2的输出
0,80MHz
加法混频环
21～ 22MHz
101～ 122MHz
DS-4原理框图
基准
倍频
环
5MHz VCOPD LPF
谐波
形成
1,90MHz
2,100MHz
电子测量原理
第 35页
（ 3）输出频率的连续调节
? 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
VCOPD LPF
1.2～ 1.3
MHz100KHz 谐波
形成
内插振荡器组成框图
基准
1
2
S
+
P
当选择开关 S置于 1时，内插振荡器是一个倍频环，它输出一
个 1.2MHz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 S置于 2时,VCO就作为一个频率连续可
调的振荡器工作，调节电位器 P，改变 VCO的偏压，可使它的输
出在 1.2MHZ～ 1.3MHZ之间连续变化。
电子测量原理
第 36页
8.3.3 提高频率分辨力的锁相合成技术
? 1 提高频率分辨力的技术途径
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 8.9。
ie ft /25?
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,多环频率合成法；小数分频法。
电子测量原理
第 37页
? 2 多环频率合成法
? 下面是一个三环锁相频率合成器原理框图
三环 PLL合成器
VCOBPDB LPFB fB
fi
÷ NB
÷ M
VCOC
PDC
LPFC
－
BPF
fo
VCOAPDA LPFA +
÷ NA
fA
× NA
PLL
+
PLL
÷ M× NBPLL
fi fo
三环合成器简化框图
fB
fA
电子测量原理
第 38页
? 环 A输出频率为,
? 环 B的输出频率为,
iAA fNf ?
iBB fNf ?
由环 C有：
Mfff BAo /??
因此，合成器的输出频率为,
iBAo fMNNf )/( ??
电子测量原理
第 39页
3 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
例如要实现 4.3的小数分频, 只要在 10次分频中作 7（ 即 10-3）
次除 4,3次除 5就可以得到 。 又如, 要实现 7.32的小数分频, 只
要在每 100次分频中作 68（ 100-32） 次除 7,32次除 8即可 。
VCOPD LPFu
i
fi
÷ N
fo
N存储器F存储器
uo
脉冲
删除
接口
小数分频实现电路图
OVFACCU
电子测量原理
第 40页
例, 分频比为 4.3的实现过程
? 若分频比为 4.3,则在输入信号的 10个周期内，输出信号
为 43个周期。每一次循环过程中，在 ui各周期内，累加器
的值和其分频系数如表 8-1所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
累加值 0.3 0.6 0.9 0.2 0.5 0.8 0.1 0.4 0.7 0
分频
系数
4 4 4 5 4 4 5 4 4 5
表 8-1 输入信号每周期内的分频系数和累加值（分频比为 4.3）
电子测量原理
第 41页
小数分频电路的改进
? 小数分频时,输入输出频率之比不是整数,使得鉴相器的输
出出现阶梯电压变化，这个电压加到 VCO上会使得合成器频
谱变差。同时累加值（累加器 ACCU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 D/A转换后加到 PD的
输出端就可以抵消该变化。
VCOPD LPFu
r
fr
÷ NDAC
fo
N存储器F存储器
uo
脉冲
删除
接口
﹢
改进的小数分频实现电路图
+
OVFACCU
-
电子测量原理
第 42页
8.3.4 扩展频率上限的锁相合成技术
? 扩展频率上限的方法,
前置分频器法 ;多模分频器法。
? 1 前置分频器法
? 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
程分频器进行可变的分频 。
前置分频锁相频率合成器
PD LPF VCO
÷ N ÷ M
模数控制
fi fof
d
该方法使频率上限提高了 M倍，但频率分辨力下降了 M倍 。
电子测量原理
第 43页
? 2 多模分频锁相频率合成技术
? 多摸分频器, 模值（分频比）可以在多个固定的值上
改变的分频器,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。
PD LPF VCO
÷ N1
÷ N2
V/V+1
fi fo变模分频器
模式控制
双模分频锁相频率合成器
置初值
N1输出到鉴相器的一个参考周期中，包含的 VCO输出信号
的周期数 N为,
21212 )()1( NVNVNNVNN ??????
电子测量原理
第 44页
? 在锁相环锁定的情况下,合成器输出频率为：
io fNVNf ??? )( 21
此时双模分频器的工作频率为,fo
分频器Ｎ １ 的工作频率为,fo ／ v
分频器Ｎ ２ 的工作频率为,fo ／（ v＋１）
由上式可知，当Ｎ ２ 变化１时,fo变化为 fi，即输出频
率分辨力为 fi．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。
电子测量原理
第 45页
8.４ 直接数字合成技术
? １ DDS组成原理
? 直接数字合成（ Direct Digital Synthesis）的基本原
理是基于取样技术和计算技术，通过数字合成来生成频
率和相位对于固定的参考频率可调的信号。
8.４,１ 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Ｎ个取样点构
成，则该正弦波的频率为：
N
f
NTf
c
c
o ??
1
电子测量原理
第 46页
? DDS的实现原理如下图所示
地址计数器
（ ÷ N）
正弦波 ROM
存储器 D/A LPF
fc fo
DDS组成原理
输出信号频率 fo,取决于两个因数：⑴参考时钟频率；⑵
ROM中存储的正弦波；
N
Mff c
o ?
如果 地址计数器以步进 M（ M>=1)进行累加，则可在 fc和 ROM
数据不变的情况下改变 输出频率，此时 fo为：
电子测量原理
第 47页
2 相位累加器原理
? 当改变地址计数器计数步进值（即以值 M来进行累加），
同样可以改变每周期采样点数，从而实现输出频率的改
变 。地址计数器步进值改变可以通过相位累加法来实现
相位
锁存器频率控制字 M
相位累加器
fr
波形存储
RAM
D/A
转换 LPF fo
24～ 48位
14～ 16
位
相位累加器原理
电子测量原理
第 48页
? 为便于理解，可以将正弦波波形看作一个矢量沿相位
圆转动，相位圆对应正弦波一个周期的波形。波形中的
每个采样点对应相位圆上的一个相位点。
步进 点数
256
4096
65536
1048576
16777216
4294967296
281474976710656
N
8
12
16
20
24
32
48
数字相位圆
电子测量原理
第 49页
? 设相位累加器位数为 N，频率控制字为 M，参考时钟频率
为 fc，则 DDS输出频率为：
cNo f
Mf
2?
? 截断误差：一般舍去 N的低位，只取 N的高 A位（如高 16位）
作为存储器地址，使得相位的低位被截断（即相位截尾）。
当相位值变化小于 1/2A时，波形幅值并不会发生变化，但输
出频率的分辨率并不会降低，由于地址截断而引起的幅值误
差，称为截断误差。
实际应用中一般取 1≤M≤(N -2)
电子测量原理
第 50页
8.４,2 DDS频率合成信号源
? 1 单片集成化的 DDS信号源
输出
输出
串 /并
选择
6位地址或
串行编程
8位并
行数据
FSK/BPSK/HOLD
数据输入
4× ～ 20×
参考时钟
倍乘
频
率
累
加
器
相位偏移
及调制
+
相
位
累
加
器
相
位
转
换
器
300MHzDDS
参
考
时
钟
滤波
器
滤波
器
12位
D/A
M/
DAC复位
12位
D/A
频率控制字 /相位字启停逻辑
I/O
更新
读写
可编程寄存器
48位频率
控制字
14位相 位
偏移 /调制
I/O端口缓冲
12位
AM调制
比较器
模拟输入
时钟输出
AD9854 DDS结构
+
-
电子测量原理
第 51页
2 基于可编程芯片的 DDS频率合成信号源
? 单片集成的 DDS芯片合成信号波形的种类较少，灵活性较
差，不便于任意波发生器等场合的应用。基于可编程芯
片实现的 DDS信号合成可具有更大的灵活性。
相位累
加器
参考
时钟
相位
调制器
D/A转
换 滤波
CPU 接口
输出
频率控制字
波形
存储器
SRAM
基于可编程芯片的 DDS频率合成信号源
电子测量原理
第 52页
3 DSS/PLL组合的频率合成信号源
? DDS与 PLL组合的合成信号源可以有多种形式，下图是一
种环外混频式 DDS/PLL频率合成的原理。
PD LPF VCO
÷ K
DDS
混频器 带通滤波f
r
fc
fo
DDS/PLL混频式频率合成原理
fP
fD基
准
信
号
源
此时输出频率为：
N
c
rDPo
fMfKfff
2
??????
电子测量原理
第 53页
8.5 合成信号源简介
? 任意波发生器（ Aibitray Wave Generator）：能产生任
意波形的信号发生器 。
8.5.1 任意波形发生器
? 1 AWG的工作原理
? 任意波形发生器的原理与 DDS基本相同，如下图所示
波形存储器 D/A转换器 滤波器
fs
输出
任意波形发生器原理
电子测量原理
第 54页
2 AWG的主要技术指标
? ① 波形编辑功能 。
? ② 输出波形频率 。
? ③ 相位分辨力 。
? ④ 幅度分辨率 。
? ⑤ 输出通道数 。
电子测量原理
第 55页
函数、任意波形发生器
电子测量原理
第 56页
8.5.2 合成扫频信号源
? 1 工作原理
? 频率特性测试的方法：点频法和扫频法
点频法,逐点调整信号发生器的输出频率，并用电压表等设
备记录被测系统的响应。
特点：准确度高，但繁琐费时，频率间隔较大。
扫频法,是利用扫频信号发生器输出自动连续变化的频率信号，
对被测系统进行动态式的扫频测试。
特点：简单快捷，可以方便地测量系统的频率特性及动态特性。
电子测量原理
第 57页
扫频信号发生器的原理结构：
扫描电压发生器 正弦振荡器 放大器 电平调制 衰减
ALC放大
状态控制
可变移相 显示器
频率标记电路
输出
外部自动
电平控制参考电平
调制信号
扫频信号发生器原理框图
正弦振荡器在扫描电压作用下, 按一定规律在一定频率范围内反
复扫描 。
扫描电压为锯齿波或三角波,其频率扫描规律为线性；
扫描电压为对数变化, 频率扫描规律是对数, 对数扫频常用于宽
带扫频 。
电子测量原理
第 58页
基于 DDS的合成扫频信号源
? 输出信号频率为 (M/2N)fc,当 M在 1～ 2N-1之间变化时, 输
出频率可在 (1/2N)fc ～ (1/2)fc范围内变化, 当 M改变 1
时, fo的变化为 (1/2N)fc 。
? 当控制单元输出的频率控制字按一定规律变化时, 则得
到按相应规律变化的扫频信号 。
控制单元 N位相位累加器 相幅转换 D/A 滤波
输
出N
频率
控制字
M
DDS合成扫频信号源原理
fc
fo
由于 DDS的输出频率上限较低，可以采用 DDS与 PLL组合的方式
构成扫频信号源。
电子测量原理
第 59页
2 合成扫频信号源简介
? 频率合成式的扫频信号源可实现宽带扫频，它具有频率
准确度和分辨力高，寄生信号和相位噪声低等特点，具
有扫频功能和多种调制方式，能够取代扫频信号发生器、
频率计数器、频率合成器等。合成扫频信号源的生产厂
家和种类很多，其性能特点各不相同。
? 例如 Agilent83630B具有连续, 步进及斜波等多种工作方
式, 频率输出范围为 0.01～ 26.5GHz,单频时的频率分辨
力为 1～ 4Hz,扫频时为扫频范围的 0.1%,其长期稳定度
为 5× 10-10/天, 输出频率低于 20GHz时, 谐波噪声低于 -
50dBc,单边带相位噪声小于 -80dBc,达到了与其它频率
合成信号发生器同样的水平 。
