2.4 合成信號(hào)發(fā)生器

合成信號(hào)發(fā)生器使用頻率合成器當(dāng)作信號(hào)發(fā)生器中的主振蕩器。它既有信號(hào)發(fā)生器良好的輸出特性和調(diào)制特性，又有頻率合成器的高穩(wěn)定度、高準(zhǔn)確度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)輸出的頻率、電平、調(diào)制深度等均可控制，是一種先進(jìn)、高檔的信號(hào)發(fā)生器。合成信號(hào)發(fā)生器一般都很復(fù)雜，但其核心都是頻率合成器。

頻率合成器是以一個(gè)固定的頻率為參考頻率，能接受外來(lái)指令，合成一個(gè)其他頻率的輸出，所合成的頻率具有與參考頻率一樣的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度；其控制的線(xiàn)路使用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的，可編程控制，故而多用作自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的信號(hào)。頻率合成器可以合成頻率范圍極廣的信號(hào)輸出，由毫赫茲到數(shù)千兆赫茲。

頻率合成的方法一般有兩種：直接合成法與間接合成法。

2.4.1 直接合成法

近年來(lái)，大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，制造出了成本低廉、容量較大的只讀存儲(chǔ)器及大型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，使得我們能更好地采用數(shù)字處理的方式直接合成所設(shè)定的頻率輸出。由圖2-19為直接合成法的電路方框圖。晶體振蕩器產(chǎn)生一個(gè)參考時(shí)基，該參考時(shí)基也可以由外部供給，使其和另一臺(tái)頻率合成器的相位完全鎖定。此參考頻率作為本機(jī)的采樣頻率，將采樣頻率送入相位累加器中。我們所設(shè)定的頻率經(jīng)由相位計(jì)算邏輯來(lái)控制累加器，輸出所設(shè)定頻率的相位值，此相位值用10位bit的數(shù)字信號(hào)來(lái)代表0～360°。相位/振幅變換器為一個(gè)只讀存儲(chǔ)器，函數(shù)（正弦波、三角波、鋸齒波）的資料已固化在此存儲(chǔ)器中，由相位累加器輸出的相位值經(jīng)由變換器找出其對(duì)應(yīng)的振幅值；此值以一個(gè)8位bit的數(shù)字信號(hào)來(lái)表示。將此數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)字/模擬變換器變換成模擬信號(hào)；該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，將殘存的采樣噪聲等濾掉，得到較為純凈的信號(hào)輸出；將該信號(hào)經(jīng)由放大器進(jìn)行放大，最終輸出。工作在不同波形時(shí)，只是從存儲(chǔ)器中讀取不同的數(shù)據(jù)而已，方波的產(chǎn)生是由正弦波所形成的。

2.4.2 間接合成法

間接合成法也稱(chēng)為鎖相合成法，它通過(guò)鎖相環(huán)來(lái)完成頻率的合成。鎖相環(huán)具有濾波作用，其通頻帶可以做得很窄，且中心頻率易調(diào)，又能自動(dòng)跟蹤輸入頻率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量濾波器，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，易于集成。

鎖相的意義是相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLL。鎖相環(huán)路是間接合成法的基本電路。鎖相環(huán)主要由相位比較器（PD）、壓控振蕩器（VCO）、環(huán)路低通濾波器（LPF）三部分組成，如圖2-20所示。

壓控振蕩器的輸出Uo接至相位比較器的一個(gè)輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來(lái)的平均電壓Ud大小決定。施加于相位比較器另一個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào)Ui與來(lái)自壓控振蕩器的輸出信號(hào)Uo相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓UΨ正比于Ui和Uo兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓Ud。這個(gè)平均值電壓Ud朝著減小VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱(chēng)作相位鎖定。

實(shí)際中使用的合成信號(hào)發(fā)生器往往是由多種方案組合而成的，以解決頻率覆蓋、頻率調(diào)節(jié)、頻率跳步、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間及噪聲抑制等問(wèn)題。