环路滤波器
电子测量原理
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混频环基准频率fi1的频率稳定度是比较高的， 而能产生连续可变频率的内插振荡器产生的fi2 的稳定度相对较差。
实例：采用教材图4-12的电路，fi1由石英晶体供给，频 率为2340kHz，其日稳定度为10-6～10-9/日，取10-6/日。 fi2为60 ～70kHz，日稳定度为10-4/日。经过一天后稳定 度因素引起的输出频率变化为：
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。
1.作激励源 作为某些电气设备的激励信号。
2.信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特 性的信号，如对干扰信号进行仿真。 3.校准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准 （或比对）。
对频率合成器的要求
用相位噪声来表征
由噪声引起的信号相位起伏，等效于一个噪声源 的相位调制，因而称作相位噪声。这样，一个实际信号在频 域中不再是一根离散的谱线，而是以调制边带的形式，在标 称频率上、下两侧扩展(如图4-25所示)，使得信号频谱不纯． 所以，在频域内可用各种谱密度来表征短期频率不稳定度， 其中常用：
⑴方波三角波发生器
A
C
双稳态 电路
R
W
U1
I1
B U2
V1
VC1
VC2
V2
方波、三角波发生器原理框图
设充放电电流为I，输出三角波的频率为fsc，则：
f sc
I 2C (V1 V2 )
i
usc
⑵ 正弦波形成电路
u
t
ust
t
分段折线逼近波形综合
其电路实现原理如下图所示。
R6 R7A +E
-E R7B
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；
4.2.1 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
u
u
o
t
（a）矩形波
高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω档。
信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若 负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不 准确的。
4.1.2 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。
通常在一周或更长时间内，在确定的时间间隔测一次信ห้องสมุดไป่ตู้源频率，
用最小二乘法拟合直线。老化率一般指直线上一天频率的变
化和标称值之比，称日老化率。
K f f0
4.3 信号源的技术指标
阿仑方差（Allan）：反映频率在很短时间内变化的常用指标。 由于时间间隔很短，因此主要反映随机变化。
阿仑方差是讨论m组相邻两测量时间为t的频率值的差异。称 为双取样测量。在一组中，两个测量数据的方差估计值为：
2. 输出幅度的指标
分贝电平，有功率电平和电压电平两种形式。
p
10
lg
P P0
(dB)
v
20
lg
V V0
(dB)
P0为1mW时，功率电平单位就是dBm
V0取1V时，电压电平的单位就是dBv
在规定负载为600欧时，也常取V0=0.775V，
电压电平的单位为dBu。这时，功率电平和电
压电平在数值上相等
R5 R6A
D6A D6B
R6B
R4 R5A
R3 R4A
R2 R3A
D5A D5B
D4A D4B
D3A D3B
R5B
R4B
R3B
分段逼近波形综合电路
R1 R2A
D2A D2B
R2B
R0 Vi
Vo R1A
D1A D1B
R1Bui E
R1A
R1A R2 A R7 A
uo ui R1A R1 R1A R1 R0
1. 频率特性
（1）频率范围 （2）输出频率的相对误差
f0 fc
fc
（3）频率稳定度 是指在预热后，信号源在规定时间内频率的相对变化。 包含系统误差影响和随机误差影响。
4.3 信号源的技术指标
（3）频率稳定度
fmax fmin
fo
测量方法：
4.3 信号源的技术指标
老化率：主要考虑系统误差影响。
2
(
fi
)
fi1
fi1 2
fi2
2
fi2
fi1 2
fi2
2
1 2 ( fi2
f i1 ) 2
该方差越小，说明两数据的离散性越小，即短时间频率变化越小。阿伦方差定义的是 m组双取样方差平均值方根的相对值：
a ( )
1 f0
m
( fi2 fi1)2
i 1
2m
阿伦方差测量方法
早期采用间隔测量法，现在多采用连续取数法
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4.2.3 调制信号发生器
调制信号被广泛用于通信、传输和控制。调制方式分为 模拟调制和数字调制两种。
模拟调制时载波信号的幅度、频率和相位随连续的模 拟调制信号而变化。
模拟信号先被采样量化，变换为数字信号，然后被编
码，最终用数字信号去调制载波。有幅移键控 （Amplitude Shift Keying）、频移键控和相移键控。
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。
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。
I-Q调制（正交调制）
首先将载波信号分解为相差90度的相互正交分量。用数字信 号分别对其I信号和Q信号进行调制。最后合成已调波。
正交调幅（QuadratureAmplitudeModulation）星座 图
在通信中常把二进制调制信号分组编码，如果四位 构成一组，调制信号就有16种码等。
4.3 信号源的技术指标
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。
谐波发生器（倍频）1Mz H 晶振 8M 分频（÷10）
2.8MHz
0.28MHz
1MHz
Hz 2MH
混频（+）
z 6MH
混频（+）
滤波
分频（÷10）
6.28MH
滤波 z 分频（÷10）
fo fi1 fi2 (2340103 106 60103 104 ) Hz 8.34Hz 可得f o的日稳定度约为3.5 106.
可见，fi2的引入使fo的稳定度受到一定影响，但它基本处 于fi1的稳定度，比fi2的稳定度要好很多。
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(3)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。
信
号 发
输入
被 测
输出
测 试
生
激励
设
响应
仪
器
备
器
信号源的功用
2. 信号源的组成
主振器
缓冲
调制
输出
电源
监测
信号发生器结构框图
信号 输出
信号源的模型
低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω（或1kΩ） 功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、 150Ω、600Ω和5 kΩ等档
PD Phase Detector
相位比较器
LPF Low-pass Filter
低通滤波器
VCO Voltage Controlled Oscillater 压控振荡器
DDFS Direct Digital Frequency Synthesis 直接数 字频率合成
LF Loops Filter
SSPN 10 lg Psn dBc / Hz
P0
P
0
见课后习题4-13-（三版）
2020/6/17
SSB相位噪声示意图
26
4.3 锁相频率合成信号的产生
4.3.1 频率合成的基本概念
1. 频率合成原理
石英晶体 基准频率
代数运算 （加、减、乘、除）
频率合成原理
频率1输出 频率n输出
频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。
fo (N2 0.1N1) fi
微机可控小数分频锁相环
2.小数分频环
小数合成法
如果fi1=10kHz,N=330-500,则fi1在3300-5000kHz内间 隔为10kHz离散可变。另外，使得fi2为100-110kHz， 则双环合成单元在3400-5110kHz连续可调。
频率合成器实例
本例合成器被称为1.7MHz或1700kHz的合成器
小数分频式锁相环
1.利用多环合成单元提高频率分辨力
P
单边带(SSB)相位噪声L(f)
在实际测量中，常用单边带SSB (Single Side Band)相位噪声来 表征短期频率稳定度。