【正文】 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 6 .1 引言 6 .3 數(shù)字頻率合成式信號(hào)發(fā)生器 6 .2 頻率合成器 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 6 .1 信號(hào)源概述 一、信號(hào)源模型 輸出電阻常 50， 75， 150， 600Ω 等數(shù)值，有的信號(hào)源還備有幾種輸出電阻可以切換，用戶可根據(jù)需要選擇。 信號(hào)源的兩個(gè)輸出端均未接儀器底盤，這稱為信號(hào)源的輸出端是浮置的。如果輸出有一端接至底盤，并接至電源地線，則稱為接地輸出。很多信號(hào)源能提供浮地輸出或接地輸出兩種方式供用戶選擇。只需通過開關(guān)或跳線就可以在兩種方式中任意切換。輸出是否需要接地與應(yīng)用條件有關(guān)。若用信號(hào)激勵(lì)雙端均浮地的電路，例如，差分電路，則信號(hào)源必須使用浮地輸出。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 二、信號(hào)源的分類 （一）按信號(hào)的基波頻率分類 （ 1）超低頻信號(hào)源，頻率范圍為 ~1000Hz； （ 2）低頻信號(hào)源，頻率范圍為 1Hz~200kHz。其中使用較多的為 20Hz~20kHz，這時(shí)又稱為間頻信號(hào)源； （ 3）視頻信號(hào)源，頻率范圍為 10Hz~10MHz； （ 4）高頻信號(hào)源，頻率范圍為 200kHz~30MHz，有一些信號(hào)源頻率略窄，例如，只有 3~30MHz，亦稱為高頻信號(hào)源； （ 5）甚高頻信號(hào)源，甚高頻又稱為特高頻，頻率范圍為 30~300MHz； （ 6）超高頻信號(hào)源，頻率范圍在 300MHz以上。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 （二）按信號(hào)的波形分類 1．正弦信號(hào)發(fā)生器 2．函數(shù)發(fā)生器 函數(shù)發(fā)生器通常至少包含正弦波、方波和三角波三種波形。有些還包括正負(fù)鋸齒波（又稱斜波）、脈沖波、階梯波等波形。其頻率上限通常不是太高，大多為幾十至上百 MHz，有的還要更低。 由于任意形狀的信號(hào)均可分解為若干個(gè)正弦信號(hào)，并且電子系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是它的頻率響應(yīng)，因此正弦信號(hào)是比較重要的信號(hào)。有不少信號(hào)源就是專門產(chǎn)生正弦信號(hào)的，稱為正弦信號(hào)發(fā)生器。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 函數(shù)發(fā)生器信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種，一種和后面還要討論的任意波形發(fā)生器相同，即先存儲(chǔ)了波形量化后的數(shù)據(jù)值，再經(jīng) DAC輸出要求的信號(hào)；另一種先產(chǎn)生一種波形，再變換為其它要求的波形。 由三角波產(chǎn)生方波和正弦波的方框圖 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 正弦波變換器 在三角波為正電壓時(shí)，二極管 D1， D2等逐次導(dǎo)通，當(dāng)三角波變?yōu)樨?fù)電壓時(shí)，二極管 D’ 1， D’ 2等逐次導(dǎo)通。每導(dǎo)通一個(gè)二極管，電阻 R與二極管支路構(gòu)成的分壓比就發(fā)生變化，形成圖所示的非線性輸入 輸出特性，致使輸入的三角波變成輸出的近似正弦波。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 3．掃頻信號(hào)發(fā)生器 信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率可以是固定的或在一定范圍內(nèi)任意設(shè)置為某固定值，也可以是頻率在某頻率區(qū)間有規(guī)律地掃動(dòng)，后者稱為掃頻信號(hào)源，簡(jiǎn)稱掃頻源。多數(shù)掃頻源是正弦信號(hào)的頻率掃動(dòng)，但也可以是方波、三角波等非正弦信號(hào)的基波頻率在一定區(qū)間掃動(dòng)。 4．脈沖及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器 脈沖信號(hào)發(fā)生器及數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生矩形或基本是矩形的信號(hào)，但兩者也有一些差別。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 脈沖發(fā)生器產(chǎn)生重復(fù)頻率可以設(shè)定的脈沖信號(hào)，其脈沖的幅度、寬度、極性、占空比、上升及下降時(shí)間等脈沖參數(shù)一般均可在一定范圍內(nèi)設(shè)置。脈沖發(fā)生器的輸出通道數(shù)目通常不太多。它既可用于模擬電路又可用于數(shù)字電路。 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器又稱數(shù)據(jù)發(fā)生器、圖形或模式（ Pattern）發(fā)生器，它主要用于數(shù)字電路測(cè)試中作為激勵(lì)源或仿真數(shù)據(jù)信號(hào)，它通常都是多路的。 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 5．調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 調(diào)制信號(hào)被廣泛用于通信、傳輸和控制。它將語言、數(shù)據(jù)、音樂及圖像等信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制被高頻電磁波或其他高頻信號(hào) “ 攜帶 ” ，以便遠(yuǎn)距離傳輸。攜帶信號(hào)的高頻信號(hào)稱為載波，被載波攜帶的頻率較低的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。將調(diào)制信號(hào)加于載波的過程稱為調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)制信號(hào)。不少信號(hào)源都能產(chǎn)生已調(diào)制信號(hào)，稱為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。 6．噪聲及偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器 7．任意波形發(fā)生器 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 （三）按是否采用頻率合成技術(shù)分類 頻率合成技術(shù)是利用一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)基準(zhǔn)頻率信號(hào)，產(chǎn)生往往是較多頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度均與基準(zhǔn)信號(hào)相同或相近。 （四）按其他特性分類 第六章 測(cè)量用信號(hào)源 三、信號(hào)源的主要技術(shù)指標(biāo) （一）有關(guān)輸出信號(hào)頻率的技術(shù)指標(biāo) 輸出頻率相對(duì)誤差 cccfffff ???? 0?約定真值標(biāo)稱值::0cff第六章 測(cè)量用信號(hào)源 頻率穩(wěn)定度、老化率和阿侖方差 頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，信號(hào)源在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化，所以實(shí)際上是頻率 不穩(wěn)定度 ，它表征頻率源維持其工作于恒定頻率上的工作能力。 影響頻率穩(wěn)定度因素：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 信號(hào)源廠商給出的頻率穩(wěn)定度所對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間為 15min~24h。 測(cè)量頻率穩(wěn)定度具體方法：首先規(guī)定頻率變化對(duì)應(yīng)的 時(shí)段 ，在大于或等于 的時(shí)間 內(nèi)，以明顯小于 的時(shí)間間隔 測(cè)出信號(hào)源的輸出頻率并繪出變化曲線。 1t1t 2t 1tt?第六章 測(cè)量用信號(hào)源 頻率穩(wěn)定度 時(shí)段）在 10m i nm a x ( tfff ???第六章 測(cè)量用信號(hào)源 衡量頻率穩(wěn)定程度時(shí)還常用到基本上只考慮系統(tǒng)誤差影響的老化率和基本上只考慮隨機(jī)誤差影響的阿侖方差。 ◆ 老化率 通常用一天內(nèi)的頻率平均漂移作為長(zhǎng)期穩(wěn)定度的表征，叫做 “ 日老化率 ” 。用一天內(nèi)頻率平均漂移的相對(duì)值表示。 )24(0hffK ??第六章 測(cè)量用信號(hào)源 ◆ 阿侖（ Allan）方差 阿侖（ Allan）方差是反映頻率在很短時(shí)間內(nèi)變化的常用指標(biāo)。由于考慮的時(shí)間間隔很短，以致系統(tǒng)誤差引起的頻率漂移可以忽略不計(jì)，所以它只考慮了頻率的隨機(jī)變化。 阿侖方差是討論 m組相鄰測(cè)量時(shí)間為 τ 的頻率值之差異。期中每組都是在兩相鄰時(shí)間 τ 內(nèi)測(cè)得，因此又稱為雙取樣測(cè)量。其測(cè)量值分別為 fi1及 fi2，其中 i表示第i組， fi1表示該組第一個(gè)時(shí)間 τ 內(nèi)的測(cè)量值，實(shí)際上是第一個(gè)時(shí)間 τ 內(nèi)頻率的平均值， fi2是該組第二個(gè)時(shí)間 τ內(nèi)的測(cè)量值。根據(jù)第二章求方差估計(jì)值的公式（ 2