信號發(fā)生器的設計(綜述修改后).ppt

信號發(fā)生器的設計,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量工作提供電信號的設備，它和示波器、電壓表、計數器等儀器一樣是應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。在許多實際應用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據使用者的要求，作為激勵源，根據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際要求。在教學和科研中，通常選擇幾種典型信號(如階躍、等速、正弦信號等)作為標準信號，用于電子電路和控制系統的性能測試或參數測量。,信號發(fā)生器也是控制系統的重要組成部分，是工業(yè)自動化中不可缺少的測量設備，因此在許多高科技領域都得到了非常廣泛的應用，如設計與測試、汽車制造業(yè)、生物醫(yī)學、傳感器仿真、函數發(fā)生器等領域。因此通過借鑒國內外研究工作的先進經驗，研制出高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發(fā)生器，對于促進我國航空、航天、國防及工業(yè)自動化等領域的發(fā)展，跟隨和趕超世界先進水平均有重要意義,二 信號發(fā)生器發(fā)展狀況,早在20世紀20年代電子設備剛出現的時候，信號發(fā)生器便隨之產生。隨著通信和雷達技術的發(fā)展，40年代出現了主要用于測試各種接收機的標準信號發(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。與此同時還出現了可用來測量脈沖電路或用作脈沖調制器的脈沖信號發(fā)生器。由于早期的信號發(fā)生器機械結構比較復雜，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，出現了函數發(fā)生器。利用單片機技術和精密函數發(fā)生電路構成的信號發(fā)生器，可實現信號的頻率偏差的自動調整，可產生高精度、高穩(wěn)定性的低頻波形信號。有的甚至只需要利用函數發(fā)生器芯片，外接很少的電阻、電容等元件，便可產生正弦波、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，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產生較為復雜的信號波形，則電路結構是非常復雜的,自70年代微處理器出現以后，利用微處理器、模數轉換器和數模轉換器，硬件和軟件使信號發(fā)生器的功能擴大，能夠產生出比較復雜的波形。這時期的信號發(fā)生器多以軟件為主，實質是采用微處理器對DAC(數模轉換器)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的時鐘周期來實現，但這些辦法是有限度的，根本的方法還是要改進硬件電路。,隨著計算機技術和現代微電子技術的迅猛發(fā)展，一些新型的高速處理器如16位單片機、DSP被廣泛地應用到控制系統中，這些器件的突出優(yōu)點是集成度高、處理速度快、片上資源豐富、可靠性好;同時一些先進的智能控制算法也被應用到實際的系統中。隨著控制理論和大規(guī)模集成電路的進一步發(fā)展，數字系統中更多的功能將由軟件來實現，這將是數字量信號發(fā)生器的一個發(fā)展趨勢,信號發(fā)生器的應用十分廣泛，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、函數發(fā)生器和任意波形發(fā)生器等。再次，按其產生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。,一般傳統的信號發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產生正弦振蕩，獲得所需頻率。但也可以通過頻率合成技術來獲得所需頻率。利用頻率合成技術制成的信號發(fā)生器，通常被稱為合成信號發(fā)生器。所謂頻率合成技術就是指從一個高穩(wěn)定和準確的參考頻率源，經過技術處理，生成大量離散的頻率輸出。技術處理方法可以是傳統的硬件實現頻率的加、減、乘、除基本運算，也可以是鎖相環(huán)技術，也可以是各種數字技術和計算機技術。參考頻率一般由高穩(wěn)定的晶體振蕩器產生，所生成的一系列離散頻率輸出與晶體振蕩器頻率有嚴格的比例關系，并且具有同樣的準確度和穩(wěn)定度,在現代電子測量中，人們對于信號源頻率準確度和穩(wěn)定度的要求越來越高，要求i在較寬的頻率范圍內輸出，并且要求輸出的頻率具有高穩(wěn)定度和準確度。對于作為精”測量的信號發(fā)生器，其頻率準確度一般達到106一10-。因此傳統的信號發(fā)生器已經)來越不能滿足現代電子測量的需要。而數字信號發(fā)生器則具有很高的頻率穩(wěn)定度，其頻率準確度一般可達到10一9或更高的水平腳。它可以輸出多種波形、并且可以有寬而準確的輸出電平調節(jié)，有較寬的頻率輸出范圍，較小的頻率間隔。,目前，國外一些生產廠家己經生產出功能豐富、頻帶寬、合成波形多、DAC位數高的數字信號發(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IOKHz2.7GHz IFR2032輸出頻率范圍為l OKHz-5.4GHz，擁有頻率、相位、幅度和脈沖調制等任意組合的靈活性，廣泛應用于RF器件和無線能信系統的測試f8l;美國福祿克公司生產的頻率合成信號發(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SKHz3GHz; 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有調頻、調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，具有脈沖調制、掃描調制、幅度調制和 頻率調制等功能。,隨著通信、電子及微電子技術的快速發(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，我國數字合成信號發(fā)生器發(fā)展也較快，并廣泛應用在通信、雷達、無線電導航、影視音響以及電測試儀器等領域【ion。如香港創(chuàng)意公司的全數字化可編程信號發(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0.1 Hz;南京新聯電子設備有限公司EE1411C型合成(DDS )函數信號發(fā)生器輸出頻率范圍為0.01 Hz- l OMHz; 重慶前鋒集團的DDS函數發(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備有限公司生產的數字合成信號發(fā)生器SG1656輸出頻率范圍為1 Hz-30MHz等等。因此，數字信號發(fā)生器被越來越廣泛的應用在生產和實踐過程中，其前景十分廣闊。,