信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)(綜述修改后).ppt

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信號發(fā)生器的設(shè)計(jì),一 信號發(fā)生器的作用 測量儀器從宏觀上可分為兩大類，即激勵和檢測儀器「’]。激勵儀器主要是信號發(fā)生器。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，它是一種為電子測量和計(jì)量工作提供電信號的設(shè)備，它和示波器、電壓表、計(jì)數(shù)器等儀器一樣是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一。因此，幾乎所有的電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器。在許多實(shí)際應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵源，根據(jù)使用者的要求仿真出各種測試信號，提供給測量電路，以滿足測量或各種實(shí)際要求。在教學(xué)和科研中，通常選擇幾種典型信號(如階躍、等速、正弦信號等)作為標(biāo)準(zhǔn)信號，用于電子電路和控制系統(tǒng)的性能測試或參數(shù)測量。,信號發(fā)生器也是控制系統(tǒng)的重要組成部分，是工業(yè)自動化中不可缺少的測量設(shè)備，因此在許多高科技領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，如設(shè)計(jì)與測試、汽車制造業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、傳感器仿真、函數(shù)發(fā)生器等領(lǐng)域。因此通過借鑒國內(nèi)外研究工作的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研制出高精度、可靠性、可調(diào)參數(shù)的數(shù)字量信號發(fā)生器，對于促進(jìn)我國航空、航天、國防及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的發(fā)展，跟隨和趕超世界先進(jìn)水平均有重要意義,二 信號發(fā)生器發(fā)展?fàn)顩r,早在20世紀(jì)20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)的時候，信號發(fā)生器便隨之產(chǎn)生。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，使得信號發(fā)生器從定性分析的測量儀器發(fā)展成為定量分析的測量儀器。與此同時還出現(xiàn)了可用來測量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號發(fā)生器。由于早期的信號發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡單，因此發(fā)展速度比較慢。直到1964年才出現(xiàn)了第一臺全晶體管的信號發(fā)生器,自60年代以來信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器。利用單片機(jī)技術(shù)和精密函數(shù)發(fā)生電路構(gòu)成的信號發(fā)生器，可實(shí)現(xiàn)信號的頻率偏差的自動調(diào)整，可產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性的低頻波形信號。有的甚至只需要利用函數(shù)發(fā)生器芯片，外接很少的電阻、電容等元件，便可產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡單波形。由于模擬電路的漂移大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號波形，則電路結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的,自70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號發(fā)生器的功能擴(kuò)大，能夠產(chǎn)生出比較復(fù)雜的波形。這時期的信號發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。軟件控制波形的一個最大的缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由CPU的工作速度決定的，如果想提高頻率可以通過改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時間或提高CPU的時鐘周期來實(shí)現(xiàn)，但這些辦法是有限度的，根本的方法還是要改進(jìn)硬件電路。,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些新型的高速處理器如16位單片機(jī)、DSP被廣泛地應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，這些器件的突出優(yōu)點(diǎn)是集成度高、處理速度快、片上資源豐富、可靠性好;同時一些先進(jìn)的智能控制算法也被應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中。隨著控制理論和大規(guī)模集成電路的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)中更多的功能將由軟件來實(shí)現(xiàn)，這將是數(shù)字量信號發(fā)生器的一個發(fā)展趨勢,信號發(fā)生器的應(yīng)用十分廣泛，種類也非常繁多。首先，信號發(fā)生器可以分通用和專用兩大類，專用信號發(fā)生器主要為了某種特殊的測量目的而研制的，如電視信號發(fā)生器、脈沖編碼信號發(fā)生器等。其次，信號發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。,一般傳統(tǒng)的信號發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需頻率。但也可以通過頻率合成技術(shù)來獲得所需頻率。利用頻率合成技術(shù)制成的信號發(fā)生器，通常被稱為合成信號發(fā)生器。所謂頻率合成技術(shù)就是指從一個高穩(wěn)定和準(zhǔn)確的參考頻率源，經(jīng)過技術(shù)處理，生成大量離散的頻率輸出。技術(shù)處理方法可以是傳統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)頻率的加、減、乘、除基本運(yùn)算，也可以是鎖相環(huán)技術(shù)，也可以是各種數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。參考頻率一般由高穩(wěn)定的晶體振蕩器產(chǎn)生，所生成的一系列離散頻率輸出與晶體振蕩器頻率有嚴(yán)格的比例關(guān)系，并且具有同樣的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度,在現(xiàn)代電子測量中，人們對于信號源頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的要求越來越高，要求i在較寬的頻率范圍內(nèi)輸出，并且要求輸出的頻率具有高穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。對于作為精”測量的信號發(fā)生器，其頻率準(zhǔn)確度一般達(dá)到106一10-}。因此傳統(tǒng)的信號發(fā)生器已經(jīng))來越不能滿足現(xiàn)代電子測量的需要。而數(shù)字信號發(fā)生器則具有很高的頻率穩(wěn)定度，其頻率準(zhǔn)確度一般可達(dá)到10一9或更高的水平腳]。它可以輸出多種波形、并且可以有寬而準(zhǔn)確的輸出電平調(diào)節(jié)，有較寬的頻率輸出范圍，較小的頻率間隔。,目前，國外一些生產(chǎn)廠家己經(jīng)生產(chǎn)出功能豐富、頻帶寬、合成波形多、DAC位數(shù)高的數(shù)字信號發(fā)生器。如:美國IFR公司的射頻信號發(fā)生器IFR2031輸出頻率范圍為IOKHz}2.7GHz} IFR2032輸出頻率范圍為l OKHz^-5.4GHz，擁有頻率、相位、幅度和脈沖調(diào)制等任意組合的靈活性，廣泛應(yīng)用于RF器件和無線能信系統(tǒng)的測試[f8l;美國福祿克公司生產(chǎn)的頻率合成信號發(fā)生器F-6060B，輸出頻率范圍為0.25Hz^-1 OSOMHz;德國R.S公司的射頻信號發(fā)生器STM-03輸出頻率范圍為SKHz^}3GHz; Tektronix公司的VX4790A采樣率為25MS/s和VX4792采樣率為250MS/s, AFG320采樣率為16MS/s有調(diào)頻、調(diào)幅和移頻鍵控等功能;Hewlett Packard公司的合成信號發(fā)生器HP8672A采樣率為18GS/s和HP83620A采樣率為20GS/s，具有脈沖調(diào)制、掃描調(diào)制、幅度調(diào)制和 頻率調(diào)制等功能。,隨著通信、電子及微電子技術(shù)的快速發(fā)展，對各種高性能的測試儀器、高頻段信號發(fā)生器的需求越來越多，我國數(shù)字合成信號發(fā)生器發(fā)展也較快，并廣泛應(yīng)用在通信、雷達(dá)、無線電導(dǎo)航、影視音響以及電測試儀器等領(lǐng)域【ion。如香港創(chuàng)意公司的全數(shù)字化可編程信號發(fā)生器DSM-620V采樣頻率為11 OMHz;北京科奇公司的數(shù)字頻率合成信號發(fā)生器KH1460輸出頻率范圍為SKHz^-SOKHz，最小分辨率可達(dá)0.1 Hz;南京新聯(lián)電子設(shè)備有限公司EE1411C型合成(DDS )函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率范圍為0.01 Hz^- l OMHz; 重慶前鋒集團(tuán)的DDS函數(shù)發(fā)生器QF 1631 A/B輸出頻率范圍為0.1 Hz^} 1 SMHz;江蘇洪澤瑞特電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的數(shù)字合成信號發(fā)生器SG1656輸出頻率范圍為1 Hz^-30MHz等等。因此，數(shù)字信號發(fā)生器被越來越廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)和實(shí)踐過程中，其前景十分廣闊。,