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1、信号发生器的设计,一 信号发生器的作用 测量仪器从宏观上可分为两大类，即激励和检测仪器。激励仪器主要是信号发生器。信号发生器是一种常用的信号源，它是一种为电子测量和计量工作提供电信号的设备，它和示波器、电压表、计数器等仪器一样是应用最广泛的电子仪器之一。因此，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。在许多实际应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，根据使用者的要求仿真出各种测试信号，提供给测量电路，以满足测量或各种实际要求。在教学和科研中，通常选择几种典型信号(如阶跃、等速、正弦信号等)作为标准信号，用于电子电路和控制系统的性能测试或参数测量。,信号发生器也
2、是控制系统的重要组成部分，是工业自动化中不可缺少的测量设备，因此在许多高科技领域都得到了非常广泛的应用，如设计与测试、汽车制造业、生物医学、传感器仿真、函数发生器等领域。因此通过借鉴国内外研究工作的先进经验，研制出高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防及工业自动化等领域的发展，跟随和赶超世界先进水平均有重要意义,二 信号发生器发展状况,早在20世纪20年代电子设备刚出现的时候，信号发生器便随之产生。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使得信号发生器从定性分析的测量仪器发展成为定量分析的测量仪器。与此同时还出现了可用来
3、测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器,自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器。利用单片机技术和精密函数发生电路构成的信号发生器，可实现信号的频率偏差的自动调整，可产生高精度、高稳定性的低频波形信号。有的甚至只需要利用函数发生器芯片，外接很少的电阻、电容等元件，便可产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。由于模拟电路的漂移大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂
4、的信号波形，则电路结构是非常复杂的,自70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，能够产生出比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC(数模转换器)的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大的缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可以通过改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期来实现，但这些办法是有限度的，根本的方法还是要改进硬件电路。,随着计算机技术和现代微电子技术的迅猛发展，一些新型的高速处理器如16位单片机、DSP被广泛地应用到控制系统中
5、，这些器件的突出优点是集成度高、处理速度快、片上资源丰富、可靠性好;同时一些先进的智能控制算法也被应用到实际的系统中。随着控制理论和大规模集成电路的进一步发展，数字系统中更多的功能将由软件来实现，这将是数字量信号发生器的一个发展趋势,信号发生器的应用十分广泛，种类也非常繁多。首先，信号发生器可以分通用和专用两大类，专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和任意波形发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。,一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有
6、频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。但也可以通过频率合成技术来获得所需频率。利用频率合成技术制成的信号发生器，通常被称为合成信号发生器。所谓频率合成技术就是指从一个高稳定和准确的参考频率源，经过技术处理，生成大量离散的频率输出。技术处理方法可以是传统的硬件实现频率的加、减、乘、除基本运算，也可以是锁相环技术，也可以是各种数字技术和计算机技术。参考频率一般由高稳定的晶体振荡器产生，所生成的一系列离散频率输出与晶体振荡器频率有严格的比例关系，并且具有同样的准确度和稳定度,在现代电子测量中，人们对于信号源频率准确度和稳定度的要求越来越高，要求i在较宽的频率范围内输出，并且要求输出的频率具有
7、高稳定度和准确度。对于作为精”测量的信号发生器，其频率准确度一般达到106一10-。因此传统的信号发生器已经)来越不能满足现代电子测量的需要。而数字信号发生器则具有很高的频率稳定度，其频率准确度一般可达到10一9或更高的水平脚。它可以输出多种波形、并且可以有宽而准确的输出电平调节，有较宽的频率输出范围，较小的频率间隔。,目前，国外一些生产厂家己经生产出功能丰富、频带宽、合成波形多、DAC位数高的数字信号发生器。如:美国IFR公司的射频信号发生器IFR2031输出频率范围为IOKHz2.7GHz IFR2032输出频率范围为l OKHz-5.4GHz，拥有频率、相位、幅度和脉冲调制等任意组合的灵
8、活性，广泛应用于RF器件和无线能信系统的测试f8l;美国福禄克公司生产的频率合成信号发生器F-6060B，输出频率范围为0.25Hz-1 OSOMHz;德国R.S公司的射频信号发生器STM-03输出频率范围为SKHz3GHz;Tektronix公司的VX4790A采样率为25MS/s和VX4792采样率为250MS/s,AFG320采样率为16MS/s有调频、调幅和移频键控等功能;Hewlett Packard公司的合成信号发生器HP8672A采样率为18GS/s和HP83620A采样率为20GS/s，具有脉冲调制、扫描调制、幅度调制和频率调制等功能。,随着通信、电子及微电子技术的快速发展，对
9、各种高性能的测试仪器、高频段信号发生器的需求越来越多，我国数字合成信号发生器发展也较快，并广泛应用在通信、雷达、无线电导航、影视音响以及电测试仪器等领域【ion。如香港创意公司的全数字化可编程信号发生器DSM-620V采样频率为11 OMHz;北京科奇公司的数字频率合成信号发生器KH1460输出频率范围为SKHz-SOKHz，最小分辨率可达0.1 Hz;南京新联电子设备有限公司EE1411C型合成(DDS)函数信号发生器输出频率范围为0.01 Hz-l OMHz;重庆前锋集团的DDS函数发生器QF 1631 A/B输出频率范围为0.1 Hz 1 SMHz;江苏洪泽瑞特电子设备有限公司生产的数字合成信号发生器SG1656输出频率范围为1 Hz-30MHz等等。因此，数字信号发生器被越来越广泛的应用在生产和实践过程中，其前景十分广阔。,
