CN105515574A - 一种信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种信号发生器，包括：包括锁相环，其连接至晶振；低通滤波器，连接至锁相环的输出端；压控振荡器，连接至低通滤波器输出端，其输出端一路通过倍频器电路反馈至锁相环，另一路输出至放大器，放大器的输出端连接到所述开关驱动器的控制端；所述倍频器电路包括并联连接的3倍频器、6倍频器和9倍频器，所述3倍频器、6倍频器和9倍频器分别通过第一调节开关、第二调节开关和第三调节开关连接至所述锁相环。本发明的信号发生器，在晶振的振荡频率固定情况下，可以实现输出频率的多档可调，用户通过外表面的档位可以方便的设定信号发生器的输出频率。

Description

一种信号发生器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种信号发生器。

背景技术

信号发生器，用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。

当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

正弦信号是使用最广泛的测试信号，这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。

正弦信号发生器：正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器(即信号源)、标准信号发生器(输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下)和功率信号发生器(输出功率达数十毫瓦以上)；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

低频信号发生器包括音频(200～20000赫)和视频(1赫～10兆赫)范围的正弦波发生器。主振级一般用RC式振荡器，也可用差频振荡器。为便于测试系统的频率特性，要求输出幅频特性平和波形失真小。

高频信号发生器，频率为100千赫～30兆赫的高频、30～300兆赫的甚高频信号发生器。一般采用LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出，主要用途是测量各种接收机的技术指标，输出信号可用内部或外加的低频正弦信号调幅或调频，使输出载频电压能够衰减到1微伏以下。

微波信号发生器，从分米波直到毫米波波段的信号发生器。信号通常由带分布参数谐振腔的超高频三极管和反射速调管产生，但有逐渐被微波晶体管、场效应管和耿氏二极管等固体器件取代的趋势。仪器一般靠机械调谐腔体来改变频率，每台可覆盖一个倍频程左右，由腔体耦合出的信号功率一般可达10毫瓦以上。简易信号源只要求能加1000赫方波调幅，而标准信号发生器则能将输出基准电平调节到1毫瓦，再从后随衰减器读出信号电平的分贝毫瓦值；还必须有内部或外加矩形脉冲调幅，以便测试雷达等接收机。

现有的正弦信号发生器只能单一输出一种信号，如低频信号、高频信号、或者微波信号，如何提供一种多种信号输出的正弦信号发生器，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本发明提出一种信号发生器，输出正弦波信号。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种信号发生器，包括：

包括锁相环，其连接至晶振；

低通滤波器，连接至锁相环的输出端；

压控振荡器，连接至低通滤波器输出端，其输出端一路通过倍频器电路反馈至锁相环，另一路输出至放大器，放大器的输出端连接到所述开关驱动器的控制端；

所述倍频器电路包括并联连接的3倍频器、6倍频器和9倍频器，所述3倍频器、6倍频器和9倍频器分别通过第一调节开关、第二调节开关和第三调节开关连接至所述锁相环；

所述第一调节开关、第二调节开关和第三调节开关与手触的按钮相连接。

可选地，所述低通滤波器为巴特沃斯滤波器。

可选地，所述低通滤波器为二阶巴特沃斯滤波器。

可选地，所述低通滤波器为切比雪夫滤波器。

可选地，所述低通滤波器为二阶切比雪夫滤波器。

可选地，所述锁相环为模拟锁相环，包括相位参考提取电路、压控振荡器、相位比较器、控制电路。

可选地，所述锁相环为数字锁相环，包括相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。

可选地，分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。

可选地，所述数字锁相环为DDS锁相环，包括：相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器；

时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制器，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。

可选地，所述压控振荡器为克拉泼型LC压控振荡器，包括：晶体管T，回路电感L，回路电容C1、C2、Cv，Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量；C1、C2比Cv大得多。

本发明的有益效果是：

在晶振的振荡频率固定情况下，可以实现输出频率的多档可调，用户通过外表面的档位可以方便的设定信号发生器的输出频率，为各种应用场合提供合适的基准频率信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明信号发生器的控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的信号发生器40，包括锁相环41，其连接至晶振100；低通滤波器42，连接至锁相环41的输出端；压控振荡器43，其输出端一路通过倍频器电路反馈至锁相环，另一路输出至放大器44，放大器44的输出端输出第一频率信号f且连接到所述开关驱动器13的控制端。优选地，所述晶振100的振荡频率为100MHz。

所述倍频器电路包括并联连接的3倍频器45、6倍频器46和9倍频器47，3倍频器、6倍频器和9倍频器分别通过第一调节开关51、第二调节开关52和第三调节开关53连接至锁相环41；所述第一调节开关51、第二调节开关52和第三调节开关53与外表面上的按钮相连接，按钮上标识有频率值，例如1、2、3档，通过操作外表面的按钮控制相应的调节开关的导通和关断，控制第一频率信号f，实现频率的调节。

优选地，所述低通滤波器为巴特沃斯滤波器。

巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。

一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。

优选地，所述低通滤波器为二阶巴特沃斯滤波器。

优选地，所述低通滤波器为切比雪夫滤波器。

切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。

优选地，所述低通滤波器为二阶切比雪夫滤波器。

优选地，所述压控振荡器为LC振荡器。

在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。

优选地，本发明的LC振荡器为克拉泼型LC压控振荡器，包括：晶体管T，回路电感L，回路电容C1、C2、Cv，Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量；C1、C2通常比Cv大得多。当输入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为：

${\mathrm{\ω}}_0\≈\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{LC}}_0}}{\left(1+\frac{u_c}{\mathrm{\φ}}\right)}^{\mathrm{\γ}/2}$

式中C₀是零反向偏压时变容二极管的电容量；是变容二极管的结电压；γ是结电容变化指数。为了得到线性控制特性，可以采取各种补偿措施。

优选地，所述锁相环为模拟锁相环，包括相位参考提取电路、压控振荡器、相位比较器、控制电路。

压控振荡器输出的是与需要频率很接近的等幅信号，把它和由相位参考提取电路从信号中提取的参考信号同时送入相位比较器，用比较形成的误差通过控制电路使压控振荡器的频率向减小误差绝对值的方向连续变化，实现锁相，从而达到同步。

优选地，所述锁相环为数字锁相环。

数字锁相环主要由相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。

优选地，所述数字锁相环为DDS。

直接数字频率合成(DDS—DigitalDirectFrequencySynthesis)技术是一种新的频率合成方法，是频率合成技术的一次革命，随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。

DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制器，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。

DDS有如下优点：

(1)频率分辨率高，输出频点多，可达N个频点(N为相位累加器位数)；

(2)频率切换速度快，可达us量级；

(3)频率切换时相位连续；

(4)可以输出宽带正交信号；

(5)输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；

(6)可以产生任意波形；

(7)全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。

本发明的信号发生器，在晶振的振荡频率固定情况下，可以实现输出频率的多档可调，用户通过外表面的档位可以方便的设定信号发生器的输出频率，为各种应用场合提供合适的基准频率信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号发生器，其特征在于，包括：

包括锁相环，其连接至晶振；

低通滤波器，连接至锁相环的输出端；

压控振荡器，连接至低通滤波器输出端，其输出端一路通过倍频器电路反馈至锁相环，另一路输出至放大器，放大器的输出端连接到所述开关驱动器的控制端；

所述倍频器电路包括并联连接的3倍频器、6倍频器和9倍频器，所述3倍频器、6倍频器和9倍频器分别通过第一调节开关、第二调节开关和第三调节开关连接至所述锁相环；

所述第一调节开关、第二调节开关和第三调节开关与手触的按钮相连接。

2.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述低通滤波器为巴特沃斯滤波器。

3.如权利要求2所述的信号发生器，其特征在于，所述低通滤波器为二阶巴特沃斯滤波器。

4.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述低通滤波器为切比雪夫滤波器。

5.如权利要求4所述的信号发生器，其特征在于，所述低通滤波器为二阶切比雪夫滤波器。

6.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述锁相环为模拟锁相环，包括相位参考提取电路、压控振荡器、相位比较器、控制电路。

7.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述锁相环为数字锁相环，包括相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。

8.如权利要求7所述的信号发生器，其特征在于，分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，将其和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。

9.如权利要求7所述的信号发生器，其特征在于，所述数字锁相环为DDS锁相环，包括：相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器；

时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制器，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。

10.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述压控振荡器为克拉泼型LC压控振荡器，包括：晶体管T，回路电感L，回路电容C1、C2、Cv，Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量；C1、C2比Cv大得多。