0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

信号源所涉及的相关基础知识介绍

aIpM_gongkongwo 来源:cg 2018-12-17 09:45 次阅读

一、正弦波的信号特性

通过正弦波信号的表达等式,可以反映其信号所包含的参数为:信号幅度;频率;初始相位。信号的频率和初始相位可以包含在信号的相位信息中。

对于理想的正弦波信号而言,其幅度和频率及初始相位应该为确定参数,所以正弦波信号是比较简单的信号。定义一个连续波信号只需要幅度和频率两方面指标。

图1 正弦波信号特性

信号源产生正弦波的典型幅度参数有如下几项:

图2 信号源输出正弦波的典型幅度参数

信号源要考虑幅度精度,以提高测试的可重复性,降低测试不确定度。

信号源的典型频率参数有如下几项:

图3 信号源输出正弦波的典型频率参数

信号源的频率精度与参考振荡器的年老化率及校准之后经历的时间有关。

实际正弦波的信号特征比理想信号要复杂的多,需要考虑相位噪声,寄生调频,杂散,如图4所示。相位噪声在频域反映为噪声边带,在时域上反映为随机的相位抖动,可理解为有随机的噪声对理想正弦信号进行调相。

图4 实际正弦波的信号特征

正弦波或连续波信号质量好坏的评估主要在频域上进行,频域上的杂散包含连续和离散成份,它们都对应时域上的失真。连续的噪声边带称为相位噪声,离散的杂散根据其与基波的频率关系分为谐波和杂波。

相位噪声主要由振荡器内部噪声带来,而谐波杂波的形成与器件的非线性有关:

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

若输入为理想正弦信号,通过非线性作用输出为:

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) + 。..

图5 正弦信号的相位噪声定义

相位噪声指标主要在频域上进行描述,用一定频偏(offset)下单边带(SSB)噪声功率谱密度与载波功率比值来表示。工程上考察的频偏范围为:10Hz ~ 1MHz, 频偏横座标用对数表示。

二、点频信号源

一般来说,点频信号源由三部分组成:

1. 参考源部分:决定整个信号源频率稳定度;

2. 频率合成部分:决定输出信号频率参数;

3. 输出功率控制部分:决定输出信号功率参数

图6 信号源组成框图

合成满足各项指标要求信号的技术称为频率合成技术,对信号频率进行合成的方式主要有三种:

1.直接频率合成

利用振荡器直接输出要求的频率信号,晶体振荡器因其Q值高而得到广泛应用,采用恒温晶振和稳补晶振可进一步提高其频率稳定度。主要应用于单点频率信号合成。

2. 间接频率合成

利用PLL锁相环进行频率合成,其特点是可输出宽频率范围信号,频率变化步进较小,频率跳变速度较快。但存在频率变化步进和相噪指标相矛盾的缺点。PLL间接频率合成是频率合成的主要方式。

3.直接数字合成(DDS)

利用数字技术进行信号波形合成,其特点是输出频率步进指标很高,频率跳变速度很快,但输出频率范围较窄。

图7 信号源频率合成技术及其优缺点

直接频率合成技术原理框图如下图所示。采用温补晶振和恒温晶振可以提高晶体振荡器的频率稳定度。

图8 直接频率合成原理框图

间接频率合成技术原理框图如下图所示。锁相环由鉴相器;环路滤波器;压控振荡器(VCO);分频器等组成。

从频率关系上分析,PLL相当于一个倍频器:PLL输出信号频率变化步进为其鉴相器工作频率。

如果要求频率变化步进越小,鉴相频率相应变小,而要保证输出频率值则N值相应变大。较小的鉴相频率会使PLL环路带宽相应减小,从而使PLL动态性能(频率跳变速度)变坏。

图9 间接频率合成原理框图

对PLL输出信号的相位噪声指标进行分析。

对参考源,PLL 为低通特性,带宽为环路带宽。PLL输出相噪是参考信号相噪按N倍频恶化。N越大,PLL输出相噪指标越差。在环路带宽外,PLL输出相噪由VCO 决定。

图10 锁相环输出相位噪声指标

提高PLL输出信号相位噪声指标的原则是减小分频比N,通过采用多锁相环和小数分频技术可以实现以上目的。

图11 改善PLL输出信号相噪的方法

直接数字频率合成DDS是随着数字技术的发展而出现的新技术,原理框图如下图所示。DDS由相位累加器;ROM 表;DAC;低通滤波器组成。

图12 DDS直接数字合成技术原理框图

信号源利用ALC(自动电平控制)技术来保证输出信号的幅度。大范围幅度调整由衰减器完成。

图13 信号源输出信号功率的控制

点频信号源的应用:

1.系统本振:

–相位噪声

–频率精度

2.器件失真性能测试

–杂散

–三阶失真TOI

3.接收机测试:

–调制方式

–幅度精度

–杂散性能

功率扫描需要关注:功率扫描范围,功率斜率范围,源匹配。功率扫描通过:自动电平控制ALC,ALC检测器,ALC驱动器和ALC调制器配合完成。

三、模拟信号发生器即模拟调制信号源

调制信号根据其调制信号的不同可分为模拟调制和数字调制。

正弦波信号含有三个独立参数,幅度,频率和相位。如果一个连续正弦波未调制的话,那它的包络幅度,振动频率以及初相永远会是一个常数(不考虑噪声因素),这样的正弦波信息量为零。我们传统的模拟调制,就是用调制信号改变载波的这三个参量,使载波携带调制的信息,从一端传到另一端。

为什么调制信号要被调制到载波上去呢?载波的功能在于:使用一个更高的RF或MW频率作为载波,这样信息会使传播更远,如用基带传播,距离一般会越近越好,打个比方,就好比你用电话与大楼内其他同事联系比你站在走廊上大喊大叫要方便和省力多了。很多人想象数字调制是一种新技术,但实际上所有调制方式都可归结为基本为AM,FM和PM。

图14 调制信息所在位置

调幅AM信号需以下参数:

1.载波频率

2.调制信号频率

3.调制指数

图15 幅度调制AM

调频FM信号需以下参数:

1.载波频率

2.调制信号频率

3.调制频偏

4.调制指数

图16 频率调制FM

图17 相位调制PM

图18 脉冲调制

图19 模拟调制信号源原理框图

三、矢量信号发生器即数字调制信号源

图20 各种调制方式波形对比

用矢量来描述一个正弦波是非常方便的。在极坐标中,矢量表示正弦波的峰值电压幅度对于相位改变量的关系。相位旋转360度表示一个完整的频率周期。请注意,相向符号提供了一种表示正弦波相位随时间变化的便捷方法。图中示波器表示了一种信号幅度随时间变化的过程。向量不能直接提供任何频率信息。事实上,我们测量向量相对于载波信号的参考相位。这样作意味着,矢量仅在频率不同时会发生旋转。

图21 极坐标中,用矢量来描述一个正弦波

下图各种调制信号在I/Q平面表示的例子。理解了它们,你对所有I/Q调制原理也就理解了。在任何I/Q图中,如图信号沿径向改变幅度,意味着信号相位在变化(且仅仅是相位发生变化)。所以AM调制,I/Q图中仅是矢量径向变化。PM调制是矢量旋转。FM看起来象PM,因为偏离载波频率就是单位时间内相位的变化。记住,幅度和相位变化都是相对于未调制载波的。失量图(Vector diagram) 是描述矢量信号变化轨迹的一种直观方式。

图22 极坐标中的信号改变

矢量的相位直接测量比较困难。实际的接收机和测量系统使用I/Q解调方式。它把信号相位的控制问题转换成2路正交分量电压的控制问题。

首先因为它简单,接口简单,电路简单,基带实现简单;第二,I/Q表示了对调制信号正交变量,一个信号相对于载波90度相移,如果仅用I通道检测,由于COS(90°)=0, 虽然输入信号存在,但I路输出为0V, 那I路无输出信号。所以,通过分别测量信号同相和正交分量,我们不用直接去测量信号的相对相位。

I/Q解调器可测量幅度和相位,那频率参量怎么办呢?频率是相位相对于时间的变化,I/Q解调器实际上直接测量所有类型的调制而不是仅对AM,PM,FM调制信号进行测量。

图23 I-Q格式坐标

图24 BPSK时域频域特征

图25 QPSK时域和星座图映射

观察数字调制信号的令一种方法是采用眼图。可生成两张不同的眼图,一张是I通道数据,另一张是Q通道数据。

眼图以无限持续的方式反复显示I和Q幅度对时间。I和Q转换可单独显示,在确定符号的时刻形成“眼睛”。QPSK有4个不同I/Q状态,各在一个象限。I/Q各有两个电平,对每个I和Q形成一个眼睛。下面一张图是16QAM的例子,4电平围成3只眼。重要的是理解眼图的概念。好的信号具有“张大”的眼睛,交点对应星座图上符号点位置,调制质量越高,交点越集中。

图26 I和Q眼图

图27 QAM的矢量图和星座图

图28 矢量调制特征对比

图29 矢量信号发生器原理框图

图30 矢量信号发生器中的基带信号发生器

图31 基带信号发生器中的滤波器作用

IQ调制器:I和Q路信号由同一本振信号合成,但本振有90度相移,I/Q路互不干扰,最后得到一和路信号。

图32 矢量信号发生器中的IQ调制器

矢量信号发生器主要应用:

•产生具体格式的矢量信号

•接收灵敏度测量

•接收机选通性测量

•器件失真测量

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 信号源
    +关注

    关注

    5

    文章

    481

    浏览量

    44680
  • 信号发生器
    +关注

    关注

    28

    文章

    1484

    浏览量

    109129

原文标题:一文读懂信号源信号发生器

文章出处:【微信号:gongkongworld,微信公众号:工控资料窝】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    相关推荐

    信号发生器的基础知识介绍

    本文主要介绍信号发生器的基础知识,首先介绍通用的信号发生器有哪些分类,并简要说明了各种信号源的特点和作用,另外重点讲解了
    发表于 06-04 07:52

    信号源有什么用处?最常用功能是什么?

    信号源是四大通用电子测量仪器之一,其他三种是:网络分析仪,频谱分析仪和示波器。这篇介绍信号源所涉及相关基础知识
    发表于 08-01 06:46

    信号源基础知识-宋磊

    信号源基础知识 培训内容泰克的4+2战略信号源的作用与分类信号源的指标任意函数发生器的原理任意函数发生器的应用任意函
    发表于 11-04 12:10 65次下载

    矢量信号源与射频信号源的区别?

    矢量信号源与射频信号源的区别是什么?本文为你带来矢量信号源与射频信号源的详细详细介绍及区别分析。
    发表于 01-08 09:54 2.8w次阅读
    矢量<b class='flag-5'>信号源</b>与射频<b class='flag-5'>信号源</b>的区别?

    信号源结构和原理详细介绍

    信号源结构和原理详细介绍
    发表于 01-15 10:28 10次下载

    信号源信号发生器的详细资料说明

    信号源是四大通用电子测量仪器之一,其他三种是:网络分析仪,频谱分析仪和示波器。这篇介绍信号源所涉及相关基础知识
    的头像 发表于 02-09 11:22 8359次阅读
    <b class='flag-5'>信号源</b>和<b class='flag-5'>信号</b>发生器的详细资料说明

    信号源所涉及相关基础知识

    实际正弦波的信号特征比理想信号要复杂的多,需要考虑相位噪声,寄生调频,杂散,如图4所示。相位噪声在频域反映为噪声边带,在时域上反映为随机的相位抖动,可理解为有随机的噪声对理想正弦信号进行调相。
    的头像 发表于 06-15 09:21 2697次阅读

    射频模拟信号源和矢量信号源的区别

    今天博宇讯铭工程师给大家介绍一下射频信号源,射频信号源由于它的低相噪和频率的高稳定性,常常用来作为电路的信号驱动和时钟替代。但射频信号源不仅
    的头像 发表于 08-23 14:53 3812次阅读

    信号源基础知识

    信号源是四大通用电子测量仪器之一,其他三种是:网络分析仪,频谱分析仪和示波器。射频信号源顾名思义就是产线射频信号的一个源,或者说是一台仪表。有些地方可能会称作矢量射频信号源,我们一般将
    的头像 发表于 09-05 11:58 7504次阅读

    傻傻分不清?射频模拟信号源和矢量信号源的区别

    今天博宇讯铭工程师给大家介绍一下射频信号源,射频信号源由于它的低相噪和频率的高稳定性,常常用来作为电路的信号驱动和时钟替代。但射频信号源不仅
    的头像 发表于 08-23 15:26 3639次阅读
    傻傻分不清?射频模拟<b class='flag-5'>信号源</b>和矢量<b class='flag-5'>信号源</b>的区别

    信号源功率输出是什么意思(功率信号源

    信号源功率输出是指信号源能够输出的最大功率。在无线电通信和电子工程领域中,信号源功率输出是一项非常重要的参数,它对信号传输距离、接收灵敏度、噪声抑制等方面都有着重要的影响。
    的头像 发表于 08-03 16:25 1435次阅读
    <b class='flag-5'>信号源</b>功率输出是什么意思(功率<b class='flag-5'>信号源</b>)

    远程信号源应用笔记介绍

    电子发烧友网站提供《远程信号源应用笔记介绍.pdf》资料免费下载
    发表于 11-28 11:52 0次下载
    远程<b class='flag-5'>信号源</b>应用笔记<b class='flag-5'>介绍</b>

    功率信号源是什么意思

    在电子领域中,功率信号源是一种能够提供电能的设备,它产生并输出电功率信号。这种信号源在各种应用中都扮演着关键的角色,从通信系统到工业控制,都需要可靠的功率信号源。下面将深入
    的头像 发表于 12-21 11:25 942次阅读
    功率<b class='flag-5'>信号源</b>是什么意思

    射频信号源的LF源与AM调制信号源是如何调试的呢?

    详细介绍调试LF源和AM调制信号源的步骤和方法。 一、调试LF源的步骤和方法: 1. 准备工作: 在调试LF源之前,需要先准备好相关的设备和材料,包括示波器、频谱分析仪、信号源、射频缺
    的头像 发表于 01-19 15:54 1339次阅读

    ATG-3080功率信号源信号源原理介绍

    一、信号源分类 信号源从分类角度来说,可以分为以下几种 模拟信号源: 产生单音信号和模拟调制AM/FM/PhM/PM信号,频率一般小于6GH
    的头像 发表于 05-30 11:31 695次阅读