2.4 合成信號發生器

合成信號發生器使用頻率合成器當作信號發生器中的主振蕩器。它既有信號發生器良好的輸出特性和調制特性，又有頻率合成器的高穩定度、高準確度的優點，同時輸出的頻率、電平、調制深度等均可控制，是一種先進、高檔的信號發生器。合成信號發生器一般都很復雜，但其核心都是頻率合成器。

頻率合成器是以一個固定的頻率為參考頻率，能接受外來指令，合成一個其他頻率的輸出，所合成的頻率具有與參考頻率一樣的準確度和穩定度；其控制的線路使用數字電路設計的，可編程控制，故而多用作自動化測試設備的信號。頻率合成器可以合成頻率范圍極廣的信號輸出，由毫赫茲到數千兆赫茲。

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

2.4.2 間接合成法

間接合成法也稱為鎖相合成法，它通過鎖相環來完成頻率的合成。鎖相環具有濾波作用，其通頻帶可以做得很窄，且中心頻率易調，又能自動跟蹤輸入頻率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量濾波器，有利于簡化結構，降低成本，易于集成。

鎖相的意義是相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環系統叫做鎖相環，簡稱PLL。鎖相環路是間接合成法的基本電路。鎖相環主要由相位比較器（PD）、壓控振蕩器（VCO）、環路低通濾波器（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輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓Ud大小決定。施加于相位比較器另一個輸入端的外部輸入信號Ui與來自壓控振蕩器的輸出信號Uo相比較，比較結果產生的誤差輸出電壓UΨ正比于Ui和Uo兩個信號的相位差，經過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓Ud。這個平均值電壓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頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。

實際中使用的合成信號發生器往往是由多種方案組合而成的，以解決頻率覆蓋、頻率調節、頻率跳步、頻率轉換時間及噪聲抑制等問題。