【必讀】信號發生器的基本原理

現代信號發生器的結構非常複雜，與早期的簡易信號發生器天差地別，但總體基本結構功能單元還是類似的。信號發生器的主要部件有頻率產生單元、調製單元、緩衝放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控製單元。

                                               圖1. 信號發生器的結構單元

頻率產生單元是信號發生器的基礎和核心。隨著PLL鎖相環頻率合成器電路的興起，高檔信號發生器紛紛采用頻率合成技術，其優點是頻率輸出穩定（頻率合成器的參考基準頻率由石英晶體產生），頻率可以步進調節，頻率顯示機構可以用數字化顯示或者直接設置。早期的高精度信號發生器為了得到較小的頻率步進，將鎖相環做得非常複雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高端信號發生器采用了更先進的DDS頻率直接合成技術，具有頻率輸出穩定度高、頻率合成範圍寬、信號頻譜純淨度高等優點。由於DDS芯片高度集成化，所以信號發生器的體積很小。

信號發生器的分類與用途

信號發生器，顧名思義，就是產生天天爱天天爽所需要的信號。從器件的測試，到係統級的研發，從芯片的開發，到儀器的計量，信號發生器無處不在，是儀表中的重頭產品之一。

信號發生器有很多種分類方法，按照頻率覆蓋範圍可以分為低頻信號發生器、高頻信號發生器和微波信號發生器；按照輸出信號的類型分類，如射頻信號發生器、掃描信號發生器、頻率合成器、噪聲信號發生器、脈衝信號發生器等等。現在由於調製方式越來越多，可輸出數字通信中常用調製信號的矢量信號發生器也大量應用；甚至還有USB等超小型化信號源也開始加入信號發生器的大家族。

信號發生器的指標

信號發生器的工作頻率範圍、頻率穩定度、頻率精度、信號頻譜純度都與頻率產生單元有關，也是信號發生器性能的重要指標。
下麵針對比較重要的高頻信號發生器，天天爱天天爽來看一下信號發生器的主要指標：

1、頻率特性

這裏麵比較重要的是頻率準確度和頻率穩定度。這兩個指標如果不準，基本就類似於手槍的瞄準係統失靈，於是乎手槍的子彈就不一定飛向敵人了。。。

1）頻率準確度，表征指頻率實際值對其標稱值的相對偏差。

2）頻率穩定度，指在一定時間間隔內頻率準確度的變化，它表征信號源維持工作於恒定頻率的能力。

2、幅度特性

幅度特性包括輸出幅度範圍、幅度精度、幅度分辨率等。如下就是一個典型的高頻信號源的幅度相關的典型指標：

*Range (-136dBm to +25dBm)

*Accuracy (+/- 0.6dB)

*Resolution (0.01dB)

*Switching Speed (25ms)

*Reverse Power Protection(0.5W)

3、頻譜純度

頻譜純度相關的指標比較多，比較重要的有相位噪聲、剩餘調頻和雜散。

連續波信號質量好壞的評估主要在頻域上進行，頻域上的雜散包含連續和離散成份，它們都對應時域上的失真。連續的噪聲邊帶稱為相位噪聲，離散的雜散根據其與基波的頻率關係分為諧波和雜波。

相位噪聲主要由振蕩器內部噪聲帶來，而諧波雜波的形成與器件的非線性有關

vo(t) =a1 vi(t) + a2 vi2(t) + a3 vi3(t) + ...

若輸入為理想正弦信號，通過非線性作用輸出為：

vo(t) =a1 sin(wt) + a2 sin2(wt) + a3 sin3(wt) + ...

=a2/2 + a1 sin(wt) + 3a3/4 sin(wt)+  a2/2 sin(2wt) + a3/4 sin(3wt) + ...

所以頻譜純度就受影響了。。。

比較典型的頻譜純度示意圖大家可以參考下麵的這張圖2：

      圖2.頻譜純度示意圖

4、調製性能

高頻信號發生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出調幅波和調頻波，有的還帶有調相和脈衝調製等功能。

當調製信號由信號發生器內部產生時，稱為內調製。

當調製信號由外部電路或低頻信號發發生器提供時，稱為外調製。

高頻信號發生器的調製特性包括調製方式、調製頻率、調製係數以及調製線性等。

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