双相信号发生器的设计

频率。通过上述分析，可以知道直接数字合成的波形
电路简单、频率宽、频率稳定度高、频率分辨率高。
由于直接数字合成专用芯片通常集成了相位累
加器、波形表、?:E 等单元电路，相位初始值为 $，因
此无法将单片集成的直接数字波形合成芯片应用到
上述双相信号发生器中，只有根据直接数字合成技
术原理自主设计的电路才能实现上述的相位调节，
D-7 E1F57，@&7; G1H527，GI2& :1617; JK&’’-;- &L 3-2450- CK&7/0&’ @-.I7&’&;M 8 K&66571.2/1&7 ,7;17--017; N20O17 P71Q( ?.1( @-.I(R N20O17 <=$$#$，KI172S
67’-410-：@I- T2T-0 272’MU-4 /I- ’161/2/1&7 &L /I- /V&C.I277-’ L57./1&7 ;-7-02/&0 OM 54W 17; /I- T017.1T’- &L 2XX0-4417; .&57/-0( 9/ 17/0&X5.-4 /I- T01620M /I-&0M &L >10-./ >2/2 ?M7/I-41U- /-.I71H5- 27X /I- 6-274 /& 0-2’1U- /I- /V&C.I277-’ L57./1&7 ;-7-02/&0( @I14 T017.1T’- -Y/-7X4 /I- 027;- &L L0-H5-7.MR 17.0-24-4 /I- 0-4&’5/1&7 &L TI24- 27X 0-2’1U-4 /I- L57./1&7 &L /V&C.I277-’ 17X-T-7X-7/ L57./1&7 ;-7-02/&0R VI1.I 62Z-4 /I14 174/05W 6-7/2/1&7 2TT’1-X V1X-’M( 8%9 .+4&’：/V&C.I277-’ L57./1&7 ;-7-02/&0；TI24- 2..565’2/&0；X10-./ X2/2 4M7/I-41U-；’&V T244 L1’/-0
规模可编程逻辑器件来实现<#>。
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由于直接数字合成技术中只采用一个低通滤波 器实现整个频段的滤波，有源滤波器工作频带最多 只有几百 ABC，而直接数字合成技术输出信号通常 为几 3BC，为了保证输出信号的质量，必须采用 < 阶或者更高的无源椭圆滤波器。< 阶无源椭圆滤波 器的电路如图 # 所示，滤波器各元件值应根据输出 阻抗、输出频段等多个参数选取D@］。 #结论
当双相信号源采用直接数字合成技术后，仪器 的功能发生了很大变化，首先它可以作为两路独立
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图 # < 阶椭圆滤波器电路
的信号源使用，相当于两台单通道的信号源；其次它
相当于一个宽频段的双相信号发生器；此外它还可
以实现调幅功能。因此采用直接数字合成原理的双
位累加器有三种工作状态：复位状态、相位预置状态
及累加状态。
复 位 状 态 ：触 发 端 为 低 电 平 ，屏 蔽 晶 振
时 钟 ；相 位 预 置 端 为 低 电 平 ，相 位 累 加 器 停
止工作，复位端有效，相位累加器输出为 $。
在相位预置状态，复位端无效。首先在
! 寄存器中存放初值 !)，初值 !) 与初始相位 # 的 关系如式（*）所示，然后在相位预置端输入一个正脉
相信号发生器不仅具有双相信号发生器的全部优
点，还可以扩展仪器的用途，具有很大的实用价值。
参 考 文 献：
D=E 赵新民，王祁( 智能仪器设计基础［3］(哈尔滨工业大学出版社， ="""( D*E :F9 GFHIJ3( =*#$(KLM *$$$( D!E 童 子 权( 任 意 波 发 生 器 %N9 模 块 的 设 计 ［O］( 哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 ， =""" （# ）(
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址 计 数 器 个 数 ! 有 关<=>，因 此 对 于 宽 频 带 的 双 相 信 号发生器需要分段实现低通滤波，需要多个滤波器， 从而引起电路复杂，而且两个通道间滤波器的相移 匹配也很困难。
通过上面的分析可以知道，改进的相位累加器
可以以任意初值进行累加工作，而初值直接与初始
相位成线性关系。在一台仪器内，采用两路如图 ! 所
示的电路，它们采用同一晶振，当两路信号的 !* 相 同时，两路信号输出的频率也相同，两路信号之间可
以呈现确定的相位关系，此时将一路相位累加器的
初值设为 $，另一路设为 !)，两路同时触发，即可实 现双相信号发生器的功能。当两路信号的 !* 不同 时，两路信号输出的频率相互独立，仪器成为两路独
因此我们采用可编程逻辑电路自行设计组成双相信
号发生器，达到了较好的效果。此外由于只采用一个
低通滤波器，必须采用高阶无源低通滤波器才能保
证输出信号的失真度要求。
# 电路设计
为了使直接数字合成技术应用到双相信号发生
图 ! 改进的相位累加器
器中，必须在相位累加器中增加一个逻辑控制环节，
以达到设置初始相位的目的，如图 ! 所示。改进的相
=$3CD，由公式（=）得到当累计增量 ! 为 = 时，输出
信号频率最低，约为 =$"CD；当累计增量 ! 为 *!"
时，输出信号频率最高，可达 A3CD。由于采样时钟
固定，则谐波频率固定，在整个频段内只需一个低通
滤波器；采用数字分频电路，输出信号的稳定度等于
晶振的稳定度；输出信号频率分辨率等于最低输出
图 < 地址计数器方式双相信号发生器原理框图
够的分辨率，!$%& 必须通过锁相环实现。因此输出信 号的频率分辨率等于锁相环的分辨率，输出信号频 率 稳 定 度 等 于 晶 振 稳 定 度 与 锁 相 环 稳 定 度 之 和 ，这 种电路输出信号的频率分辨率和稳定度受锁相环限 制，达不到太高指标。
在图 < 中，采样时钟受波形表及 >:K 最高工作 速度限制。为了提高输出信号频率就必须降低地址 计数器的个数 ’，而 ’ 的降低又会降低相位的分辨 率。例如对于 <$3NU 的采样时钟 !$%&，当计数器的个
数 ’ 取 <*+， 则 输 出 信 号 最 大 频 率 约 为 +$ZNU，此时相位分辨率约为 $(*!]。因此采 用地址计数原理的信号源输出信号频率不 高；在高频输出时相位分辨率不够。
根 据 波 形 合 成 理 论 ，输 出 信 号 的 谐 波 分 量 为 采 样 时 钟 的 谐 波 分 量 ，波 形 失 真 度 与 地
图 * 直接数字波形合成原理框图 替代就是直接数字波形合成原理，整体原理框图如
图 * 所示。
根 据 直 接 数 字 合 成 技 术 的 原 理<!>，输 出 信 号 频
率 "#$% 与晶振时钟 "#&’ 的关系如公式（=）所示
"#$%("#&’! B *!
（=）
对于一个 ! 为 #$ 的相位累加器，若采样时钟 "#&’ 为
:前言 在电能计量检定部门、大学的电子信息类实验
室 需 要 使 用 双 相 信 号 源 [<\。 所 有 能 实 现 相 移 的 信 号 源都有双相信号发生器电路。目前双相信号发生器 大多采用地址计数器的工作方式，其原理框图如图 < 所示。
在图 < 中，输出信号 频 率 !"（!#）为 采 样 时 钟 !$%& 的 ’ 分频，在一定频段内，’ 是固定的，输出信号频 段的改变必须通过改变 !$%& 来实现。为了使 !$%& 有足
D#E P&7;HQ1R527( S2T-M&06 UV7/W-414 :LL0-44 X-7-02/&0 G10.51/［F］( 9G,39Y""Z B20[17( 第一作者简介： 任 丽 军 （="<$），女 ，=""* 年 毕 业 于 哈 尔 滨 电 工 学 院 （现 哈 尔 滨 理 工 大 学 ）电 磁 测 量 技 术 及 仪 表 专 业 ，现 在 哈 尔 滨 理 工 大
现代波形合成技术大多采用直接数字合成技术 （??@），已出现了许多功能强大的直接数字合成芯 片，如 :?9 公司的 :?"+A$ 等芯片<*>。如果将直接数 字波形合成原理应用到双相信号发生器中，则可以 大大提高双相信号发生器的技术指标。 ! 直接数字波形合成技术特点
将图 = 电路框图波形表前面部分用相位累加器
冲，相位累加器累加一次，!) 送到 ! 位锁存器。
#F!G$H!)B *!
（*）
在累加状态，复位端无效。首先在 ! 寄存器中
存 放 !*，!* 与 输 出 信 号 频 率 "#$% 的 关 系 如 公 式 （=） 所示。然后触发端置为高电平，相位累加器以晶振时
钟速度开始正常工作。这时输出的波形与 !)F$ 的波 形之间的相位差，即为公式（*）所示的 #。
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立的信号源；还可以使一路输出信号成为另一路信
号的调幅输出，这样更扩展了仪器的应用范围。
应该注意的是：为了保证输出信号频率和相位
的 分 辨 率 ，! 寄 存 器 、! 位 锁 存 器 和 累 加 器 通 常 在
!* 位以上，如果用 I# 系列的 JJK 逻辑电路实现，需
要 *$ 片以上芯片，因此相位累加器电路应该采用大
摘 要 ：分 析 了 采 用 地 址 计 数 器 原 理 实 现 的 双 相 信 号 发 生 器 的 局 限 性 ，介 绍 了 应 用 直 接 数
字 合 成 技 术 （>>?）基 本 原 理 、采 用 可 编 程 逻 辑 器 件 实 现 的 双 相 信 号 发 生 器 的 方 法 。 该 技
术 可 以 扩 展 信 号 发 生 器 的 频 段 ，提 高 相 位 分 辨 率 ，还 可 以 实 现 两 路 独 立 信 号 发 生 器 的 功
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双相信号发生器的设计
任丽军，童子权，赵爱明
（哈尔滨理工大学 测控技术与通信工程学院，哈尔滨 <=$$#$）
能，大大提高了仪器的应用范围。
关键词：双相信号发生器；相位累加器；直接数字合成技术；低通滤波器
中图分类号：@)A#
文献标识码：B
文章编号：<$$<C<!"$（*$$*）$+C$$<AC$!
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学测控技术与通讯工程学院任教。
收 稿 日 期 ：*$$*H$#H!$
（刘家新 编发）
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