2.4 合成信号发生器

合成信号发生器使用频率合成器当作信号发生器中的主振荡器。它既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高准确度的优点，同时输出的频率、电平、调制深度等均可控制，是一种先进、高档的信号发生器。合成信号发生器一般都很复杂，但其核心都是频率合成器。

频率合成器是以一个固定的频率为参考频率，能接受外来指令，合成一个其他频率的输出，所合成的频率具有与参考频率一样的准确度和稳定度；其控制的线路使用数字电路设计的，可编程控制，故而多用作自动化测试设备的信号。频率合成器可以合成频率范围极广的信号输出，由毫赫兹到数千兆赫兹。

频率合成的方法一般有两种：直接合成法与间接合成法。

2.4.1 直接合成法

近年来，大规模集成电路的迅速发展，制造出了成本低廉、容量较大的只读存储器及大型数/模转换器，使得我们能更好地采用数字处理的方式直接合成所设定的频率输出。由图2-19为直接合成法的电路方框图。晶体振荡器产生一个参考时基，该参考时基也可以由外部供给，使其和另一台频率合成器的相位完全锁定。此参考频率作为本机的采样频率，将采样频率送入相位累加器中。我们所设定的频率经由相位计算逻辑来控制累加器，输出所设定频率的相位值，此相位值用10位bit的数字信号来代表0～360°。相位/振幅变换器为一个只读存储器，函数（正弦波、三角波、锯齿波）的资料已固化在此存储器中，由相位累加器输出的相位值经由变换器找出其对应的振幅值；此值以一个8位bit的数字信号来表示。将此数字信号输入数字/模拟变换器变换成模拟信号；该模拟信号经过低通滤波器，将残存的采样噪声等滤掉，得到较为纯净的信号输出；将该信号经由放大器进行放大，最终输出。工作在不同波形时，只是从存储器中读取不同的数据而已，方波的产生是由正弦波所形成的。

图2-19 直接频率合成法的方框图

2.4.2 间接合成法

间接合成法也称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的合成。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器，有利于简化结构，降低成本，易于集成。

锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。锁相环路是间接合成法的基本电路。锁相环主要由相位比较器（PD）、压控振荡器（VCO）、环路低通滤波器（LPF）三部分组成，如图2-20所示。

图2-20 锁相环原理框图

压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。这个平均值电压Ud朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。

实际中使用的合成信号发生器往往是由多种方案组合而成的，以解决频率覆盖、频率调节、频率跳步、频率转换时间及噪声抑制等问题。