频率合成技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

《频率合成技术》共五章。作者根据多年来所从事的微波、射频技术研究工作和大量的技术资料，集中、系统地论述了现代低噪声频率合成技术及其应用与工程实现。《频率合成技术》取材新颖、内容丰富，具有较强的专业性。《频率合成技术》从工程应用的角度出发，将理论与实践相结合，全面地介绍了各种频率合成技术，并应用仿真软件进行仿真，给出仿真结果，具有较强的实用性。
《频率合成技术》是为从事测试领域工作的大学本科生和研究生编写的专业课教材，同时也可供在通信、雷达、电子测量、仪器仪表等无线电技术领域从事频率合成和低噪声信号源研究、设计、制造的工程技术人员参考使用。

内页插图

目录

第一章 引言
1．1 频率合成技术概述
1．1．1 频率合成技术的基本概念
1．1．2 频率数学运算的实现器件
1．2 频率合成器的主要技术指标
1．3 频率合成的基本方法
1．4 频率合成器的长期频率稳定度和相位噪声
1．4．1 长期频率稳定度
1．4．2 相位噪声
1．4．3 噪声来源
1．5 频率合成器的应用

第二章 直接频率合成技术
2．1 直接频率合成器的基本原理和组成
2．1．1 非相关直接频率合成器
2．1．2 相关直接频率合成器
2．1．3 直接频率合成器的设计方法
2．2 直接频率合成器的几个主要组成电路
2．2．1 混频器
2．2．2 倍频器
2．2．3 分频器
2．2．4 压控振荡器
2．2．5 石英晶体振荡器
2．3 直接频率合成器设计时应考虑的问题

第三章 间接频率合成技术——锁相频率合成技术
3．1 锁相环路的基本组成和工作原理
3．1．1 锁相环路的基本组成
3．1．2 锁相环路的工作原理
3．2 锁相环路的相位模型及动态方程
3．2．1 锁相环路的相位模型
3．2．2 锁相环路的动态方程
3．2．3 锁相环路的工作状态
3．3 一阶锁相环路的工作过程及特性
3．3．1 捕获与锁定状态
3．3．2 失锁状态
3．3．3 临界状态
3．4 二阶锁相环路的工作特性
3．4．1 二阶锁相环路的线性化相位模型和传递函数
3．4．2 二阶锁相环路的频率响应
3．4．3 二阶锁相环路的稳定性分析
3．4．4 二阶锁相环路的跟踪特性
3．4．5 二阶锁相环路的捕获特性
3．4．6 二阶锁相环路的辅助捕获
3．4．7 二阶锁相环路的噪声特性
3．5 二阶锁相环路的应用
3．5．1 调制和解调
3．5．2 频率变换和频率源
3．5．3 其他方面的应用

第四章 锁相频率合成器
4．1 单环分频锁相频率合成器
4．1．1 单环分频锁相频率合成器工作原理
4．1．2 单环分频锁相频率合成器的性能
4．1．3 单环分频锁相频率合成器的相位噪声
4．2 变模分频锁相频率合成器
4．2．1 可变模程序分频器
4．2．2 变模分频锁相频率合成器
4．3 多环锁相频率合成器
4．4 小数分频锁相频率合成器
4．4．1 小数分频锁相环的工作原理
4．4．2 小数分频中杂散的产生及其校正
4．4．3 ∑一△调制噪声整形的原理
4．4．4 具有∑一△调制器的小数分频锁相频率合成器的实现
4．4．5 小数分频锁相频率合成器的设计
4．5 微波频率合成器
4．5．1 M／N锁相频率合成器
4．5．2 YIG调谐振荡器（YTO）
4．5．3 微波多环频率合成器
4．6 常用频率合成器芯片简介
4．6．1 高性能锁相环PE3293及其应用
4．6．2 用于频率合成的高性能锁相芯片ADF4113

第五章 直接数字频率合成技术
5．1 直接数字频率合成基本原理
5．1．1 正弦信号的产生与时间抽样定理
5．1．2 卣接数字频率合成基本原理
5．1．3 DDs的组成及各部分作用
5．1．4 实际DDS的组成及各部分作用
5．2 直接数字频率合成的性能
5．3 直接数字频率合成的相位噪声和杂散
5．3．1 直接数字频率合成的相位噪声
5．3．2 直接数字频率合成器的杂散分析
5．3．3 降低杂散电平的方法
5．4 集成直接数字频率合成器的芯片介绍和设计实例
5．4．1 直接数字频率合成器的芯片AD9852
5．4．2 直接数字频率合成器的芯片AD9858
5．5 2．4 ～4．6 GHz频率合成器的设计
5．5．1 频率合成器方案的选择
5．5．2 时钟产生电路的设计
5．5．3 25～45MHz移频环参考信号产生电路的设计
5．5．4 大步进环路的设计
5．5．5 移频环路的设计
参考文献

精彩书摘

1．2频率合成器的主要技术指标
频率合成器的性能需要一系列技术指标来表征，但由于不同用途的频率合成器，其要求的性能差异很大（如在电子设备中的频率合成器与电子测量仪器中所用的频率合成器就有很大的不同），因此很难给出完整的技术指标。这里仅给出频率合成器一些最基本的技术指标的含义。
1．频率范围
频率范围是指频率合成器最低输出频率fmin和最高输出频率fmax之间的变化范围。此频率范围内的所有离散频率点均能正常工作，且均能满足其他性能指标。
2．频率分辨力
频率合成器在指定的频率范围内产生大量的离散频率，其频率分辨力是指两个相邻频率点之间能够分辨的最小的间隔。不同用途的频率合成器对频率分辨力的要求相差很大，如用在通信机内的频率合成器其频率分辨力为25kHz、12．5kHz等，而用在频率合成信号源中的频率合成器其分辨力为1Hz或更低。
3．频率转换时间
频率转换时问是指频率合成器从某一个频率转换到另外一个频率并达到稳定所需要的时间。直接频率合成器的转换时间取决于开关时间，日前开关时间可达到纳秒级，所以直接频率合成器的频率转换时间也可达到纳秒级。间接频率合成器的频率转换时问取决于锁相环路的锁定时间。若在锁相环路中有人工或自动频率搜索装置，则搜索时间也包含在内。目前问接频率合成器的频率转换时间可达到毫秒级或者更快一些。直接数字频率合成器的频率转换时间取决于数字电路的速度，一般可以达到几个时钟的周期。

前言/序言

　　频率合成技术和其他科学技术一样，都是从实际需要中产生，并在实践中不断地获得提高和发展的。它为许多电子设备和系统提供高质量而且灵活多变的本机振荡器和高性能的测量信号源，在无线电技术各领域得到了广泛的应用。
　　频率合成技术是20世纪30年代提出来的，大致经历了三个阶段。第一阶段是直接频率合成技术，是利用多个晶体振荡器，通过分频、倍频、混频获得一系列组合频率信号源。第二阶段是锁相频率合成技术，是一个能跟踪输入信号相位的闭环自动控制技术，在20世纪40年代得到了应用，从此锁相技术获得迅速的发展，并且促进了频率合成技术的发展，相继出现了锁相频率合成器、分频锁相频率合成器、小数分频锁相频率合成器等。随着大规模和超大规模集成电路技术的发展，频率合成器的芯片大量出现，使得锁相频率合成器在无线电领域获得了更广泛的应用。第三阶段是直接数字频率合成技术，随着数字电路技术的发展，20世纪90年代出现了直接数字频率合成器。在近20多年，直接数字频率合成技术获得了很大的发展，它完全不同于直接频率合成技术和锁相频率合成技术。直接数字频率合成技术采用数字信号处理，它的输出频率和相位能够在数字信号处理器的控制下精确而快速地变化，具有极高的频率分辨能力、相位分辨能力，以及在两个频率之间极快的跳变能力，因而可广泛应用于各个领域。
　　本书作者根据多年来所从事的微波、射频技术的研究工作和大量的技术资料，集中、系统地论述了现代低噪声频率合成技术及其应用与工程实现。本书取材新颖、内容丰富，具有较强的专业性。本书从工程应用的角度出发，将理论与实践相结合，全面地介绍了各种频率合成技术，并应用仿真软件进行仿真，给出仿真结果，具有较强的实用性。

《脉冲信号的产生、整形与应用》 本书深入探讨了现代电子系统中至关重要的脉冲信号处理技术。脉冲信号因其离散的特性，在数字通信、数据采集、时间测量、雷达系统、以及各种控制电路中扮演着核心角色。本书旨在为读者提供一个全面而详实的脉冲信号技术框架，涵盖从最基础的脉冲产生原理，到精密的脉冲整形技术，再到其在各个领域的实际应用。 第一部分：脉冲信号的产生 本部分聚焦于如何生成不同类型和特性的脉冲信号。 基本振荡器与触发器： 我们将从最基本的弛豫振荡器（如多谐振荡器）和单稳态触发器入手，讲解它们的工作原理，如何通过元件参数的调整来控制输出脉冲的宽度和周期。进一步，我们将探讨双稳态触发器（如JK触发器、D触发器）在构建计数器、分频器等时序逻辑电路中的作用，这些电路是产生周期性或特定序列脉冲的基础。 门控振荡器与锁相环（PLL）： 介绍如何利用门控技术，例如在时钟信号的作用下，使振荡器在特定时间窗口内工作，从而产生所需的脉冲。随后，我们将深入讲解锁相环（PLL）的原理，包括压控振荡器（VCO）、鉴相器（Phase Detector）和环路滤波器（Loop Filter）的组成与功能。重点阐述PLL如何通过反馈机制锁定输入信号的频率和相位，从而产生高精度、低抖动的时钟脉冲，这在高速数字系统和通信系统中尤为关键。 脉冲发生器集成电路： 分析市面上常用的脉冲发生器专用集成电路（IC），如NE555定时器。我们将详细介绍NE555的内部结构、不同工作模式（如单稳态、非稳态）的电路设计和参数计算，以及如何利用其实现可调宽度的脉冲、占空比可变的方波等。 数控振荡器（DCO）与直接数字合成（DDS）： 随着数字技术的发展，数控振荡器和直接数字合成技术在精确频率和波形生成方面展现出巨大优势。本部分将介绍DCO的基本概念，以及DDS的工作原理，即通过查表法和数字累加器生成精确频率和相位的数字信号，再通过数模转换器（DAC）输出所需的脉冲序列。DDS技术在需要快速、灵活改变脉冲参数的场景下具有不可替代的作用。 噪声与抖动分析： 讨论脉冲信号产生过程中不可避免的噪声和抖动问题。我们将分析不同噪声源（热噪声、闪烁噪声、电源噪声等）对脉冲形状和时序的影响，以及抖动（Jitter）的定义、类型（周期抖动、随机抖动、浴盆抖动等）及其对系统性能的危害。为后续的信号整形和系统设计提供理论依据。 第二部分：脉冲信号的整形与优化 本部分专注于如何改进和优化脉冲信号的质量，使其满足特定应用的要求。 线性整形技术： 介绍利用RC、RL、RLC等线性电路对脉冲进行微分和积分，以提取脉冲的边沿信息或实现简单的波形变换。讲解这些电路的频率响应特性，以及它们在简单脉冲检测和形成中的应用。 非线性整形技术： 深入探讨使用二极管、晶体管等非线性器件的整形电路。包括利用二极管的限幅特性，通过不同电平的二极管钳位电路实现对脉冲幅度的限制；利用施密特触发器（Schmitt Trigger）对失真脉冲进行整形，提高其边沿陡峭度和抗干扰能力，讲解其迟滞（Hysteresis）特性及其意义。 高速脉冲整形： 针对高速数字信号处理的需求，介绍专门的高速整形器（如ECL、PECL、LVDS技术的整形电路）和专用IC。讲解它们在提高信号上升/下降时间、减小过冲和振铃方面的设计思想和电路实现。 时钟恢复与抖动抑制： 在通信系统中，从接收到的数据流中精确恢复出时钟信号是至关重要的。本部分将详细介绍时钟恢复（Clock Recovery）技术，包括基于锁相环（PLL）的时钟恢复，以及其他数字信号处理的恢复算法。同时，探讨各种抖动抑制技术，如使用压控振荡器（VCO）和环路滤波器的PLL抖动滤波器，以及数字域的抖动补偿方法。 眼图分析与信号质量评估： 引入眼图（Eye Diagram）这一强大的信号质量评估工具。详细讲解眼图的形成原理、以及如何通过眼图的各项指标（如眼高、眼宽、上升/下降时间、过冲、抖动等）来直观地判断脉冲信号的质量，并为系统优化提供指导。 第三部分：脉冲信号在关键领域的应用 本部分将脉冲信号的产生和整形技术与实际应用相结合，展示其在不同高科技领域的价值。 数字通信系统： 脉冲幅度调制（PAM）、脉冲位置调制（PPM）、脉冲宽度调制（PWM）等调制技术是数字通信的基础。我们将探讨这些调制方式如何利用脉冲的幅度、位置、宽度等参数来承载信息，并介绍在接收端如何进行相应的解调。重点分析高速串行通信（如USB、PCIe、Ethernet）中对高精度、低抖动时钟脉冲和高速整形器的需求。 数据采集与A/D转换： 在数据采集系统中，精确的时钟脉冲是控制A/D转换过程、采样率和转换精度的关键。我们将分析不同A/D转换器（如逐次逼近型、流水线型、Σ-Δ型）的工作原理，以及脉冲信号在触发采样、时钟同步方面的作用。 时间测量与精确同步： 脉冲信号在时间测量和同步应用中具有天然优势。介绍如何利用脉冲的边沿来触发事件，实现高精度的时间间隔测量（如使用时间间隔测量仪、示波器的时间测量功能）。在雷达、激光测距等系统中，发射和接收脉冲的精确同步是实现距离和速度测量的前提。 雷达与测距系统： 详细阐述雷达系统中脉冲信号的产生、传输、接收与处理。包括脉冲压缩技术，如何通过加宽发射脉冲并进行匹配滤波来提高信噪比和距离分辨率。分析多普勒效应在脉冲多普勒雷达中的应用，以及如何处理接收到的回波脉冲来提取目标信息。 医疗诊断与生物传感： 在医学成像（如CT、MRI）和生物传感领域，精确的脉冲序列用于激励、扫描和探测。例如，核磁共振成像（MRI）中的射频脉冲序列，以及心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号的采集与分析，都离不开对脉冲信号的精确控制与处理。 工业控制与自动化： 在工业自动化领域，脉冲信号被广泛用于电机驱动（如步进电机、伺服电机）、传感器接口、以及PLC（可编程逻辑控制器）的输入/输出控制。介绍如何利用PWM技术来控制电机转速和力度，以及如何通过脉冲计数实现位置反馈。 总结与展望 本书的最后将对脉冲信号技术的发展趋势进行展望，包括更高速度、更高精度、更低功耗的脉冲生成与整形技术，以及在人工智能、机器学习等新兴领域的潜在应用。通过本书的学习，读者将能够深刻理解脉冲信号在现代电子系统中的基础性和重要性，并掌握设计、分析和优化脉冲信号处理电路的能力，为进一步深入研究和工程实践打下坚实基础。