信號(hào)發(fā)生器的基本原理
信號(hào)發(fā)生器，射頻圈的幾大基礎(chǔ)儀表之一，高手們就不說(shuō)了，早就玩地溜溜的。射頻君是拋磚引玉，給剛?cè)腴T(mén)的初級(jí)攻城師門(mén)講講，拋磚引玉哈，歡迎大家多提意見(jiàn)。
現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與早期的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器天差地別，但總體基本結(jié)構(gòu)功能單元還是類似的。信號(hào)發(fā)生器的主要部件有頻率產(chǎn)生單元、調(diào)制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。
頻率產(chǎn)生單元是信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)和核心。隨著PLL鎖相環(huán)頻率合成器電路的興起，高檔信號(hào)發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是頻率輸出穩(wěn)定(頻率合成器的參考基準(zhǔn)頻率由石英晶體產(chǎn)生)，頻率可以步進(jìn)調(diào)節(jié)，頻率顯示機(jī)構(gòu)可以用數(shù)字化顯示或者直接設(shè)置。早期的高精度信號(hào)發(fā)生器為了得到較小的頻率步進(jìn)，將鎖相環(huán)做得非常復(fù)雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高端信號(hào)發(fā)生器采用了更先進(jìn)的DDS頻率直接合成技術(shù)，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號(hào)頻譜純凈度高等優(yōu)點(diǎn)。由于DDS芯片高度集成化，所以信號(hào)發(fā)生器的體積很小。
信號(hào)發(fā)生器的分類與用途
信號(hào)發(fā)生器，顧名思義，就是產(chǎn)生我們所需要的信號(hào)。從器件的測(cè)試，到系統(tǒng)級(jí)的研發(fā)，從芯片的開(kāi)發(fā)，到儀器的計(jì)量，信號(hào)發(fā)生器無(wú)處不在，是儀表中的重頭產(chǎn)品之一。
信號(hào)發(fā)生器有很多種分類方法，按照頻率覆蓋范圍可以分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器;按照輸出信號(hào)的類型分類，如射頻信號(hào)發(fā)生器、掃描信號(hào)發(fā)生器、頻率合成器、噪聲信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器等等?，F(xiàn)在由于調(diào)制方式越來(lái)越多，可輸出數(shù)字通信中常用調(diào)制信號(hào)的矢量信號(hào)發(fā)生器也大量應(yīng)用;甚至還有USB等超小型化信號(hào)源也開(kāi)始加入信號(hào)發(fā)生器的大家族。
信號(hào)發(fā)生器的指標(biāo)
信號(hào)發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率精度、信號(hào)頻譜純度都與頻率產(chǎn)生單元有關(guān)，也是信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。
下面針對(duì)比較重要的高頻信號(hào)發(fā)生器，我們來(lái)看一下信號(hào)發(fā)生器的主要指標(biāo)：
頻率特性
這里面比較重要的是頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度。這兩個(gè)指標(biāo)如果不準(zhǔn)，基本就類似于手槍的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)失靈，于是乎手槍的子彈就不一定飛向敵人了。。。
頻率準(zhǔn)確度，表征指頻率實(shí)際值對(duì)其標(biāo)稱值的相對(duì)偏差。
頻率穩(wěn)定度，指在一定時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度的變化，它表征信號(hào)源維持工作于恒定頻率的能力。
幅度特性
幅度特性包括輸出幅度范圍、幅度精度、幅度分辨率等。如下就是一個(gè)典型的高頻信號(hào)源的幅度相關(guān)的典型指標(biāo)：
Range (-136dBm to +25dBm)
Accuracy (+/- 0.6dB)
Resolution (0.01dB)
Switching Speed (25ms)
Reverse Power Protection(0.5W)
頻譜純度
頻譜純度相關(guān)的指標(biāo)比較多，比較重要的有相位噪聲、剩余調(diào)頻和雜散。
連續(xù)波信號(hào)質(zhì)量好壞的評(píng)估主要在頻域上進(jìn)行，頻域上的雜散包含連續(xù)和離散成份，它們都對(duì)應(yīng)時(shí)域上的失真。連續(xù)的噪聲邊帶稱為相位噪聲，離散的雜散根據(jù)其與基波的頻率關(guān)系分為諧波和雜波。
相位噪聲主要由振蕩器內(nèi)部噪聲帶來(lái)，而諧波雜波的形成與器件的非線性有關(guān)
vo(t) =a1 vi(t) + a2 vi2(t) + a3 vi3(t) + …
若輸入為理想正弦信號(hào)，通過(guò)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面的這張：
高頻信號(hào)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還能輸出調(diào)幅波和調(diào)頻波，有的還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。
當(dāng)調(diào)制信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，稱為內(nèi)調(diào)制。
當(dāng)調(diào)制信號(hào)由外部電路或低頻信號(hào)發(fā)發(fā)生器提供時(shí)，稱為外調(diào)制。
高頻信號(hào)發(fā)生器的調(diào)制特性包括調(diào)制方式、調(diào)制頻率、調(diào)制系數(shù)以及調(diào)制線性等。