脉冲调制信号相位噪声测试
脉冲调制信号相位噪声测试方法
安捷伦科技有限公司技术指南
相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。
图1：脉冲调制信号功率谱特性
连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。
脉冲重复频率
连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性
图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性
连续波信号相位噪声时域特性 脉冲调制信号相位噪声时域特性
图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性
相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。
表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法 脉冲相噪测试方法
测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围
鉴相法测试法 1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。
2：测试系统对脉冲形式
鉴相输出进行滤波，低
噪声放大和频谱分析，
得到相位噪声参数。
3：测试系统需要具备高
性能参考源，频率锁定，
同步脉冲调制等功能。
1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。 3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。最大频偏小于脉冲重复频率的一半。 占空比：2% 脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2 频谱仪测试法 1：使用频谱仪时间门功
能对脉冲调制信号进行
选时频谱测试。
2：频谱仪RBW>2/脉冲
宽度
3：频谱仪的时间门处理
功能，得到脉冲调制信
号脉内时间区域信号的
频谱，通过功率比值测
量得到相位噪声参数。1：测试方便 2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度： （2/脉冲宽度）。 3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频
响影响。 脉冲宽度：1ms 最小测试频偏： 大于1kHz
1：鉴相法测试脉冲调制信号相位噪声技术说明
Agilent E5505A 相位噪声测试系统具备灵活的配置结构和完整的信号相位噪声相关参数的测试能力，能满足不同类型频率源的相位噪声相关参数的测试应用要求。
针对脉冲调制形式相位噪声测试应用，E5505A 相位噪声测试系统能提供两
个方面的测试功能。
测试功能
技术说明 脉冲调制信号绝对相位噪声测试
测试脉冲调制形式信号载波的相位噪声性能。被测件为单端口的发射机或脉冲调制处理后的频率源。 脉冲器件寄生相位噪声测试 测试脉冲器件在工作状态对输入信号相位噪声的恶化。
被测试件为双端口电路或系统，例如：功率放大器等。
Agilent E5505A 相位噪声测试系统
测试应用1：脉冲调制信号绝对相位噪声测试 PSG/E8663B 参考信号源
采集卡
系统 连接到计算机AD 采集卡E5505A 系统 连接到示波器和计数器锁相环压控电压
E5505A 测试系统连接关系
信号源外脉冲调制接口
E5505A相位噪声测试系统包含参考信号源，鉴相测试装置，微波下变频器，频谱仪，计数器，测试计算机等部份。在脉冲调制信号相位噪声测试中，特别是在小脉冲占空比状态下，需要对被测信号源和参考信号源进行脉冲同步调制，以消除鉴相输出中的直流偏置对测试系统的影响。可以使用脉冲发生器对被测源和参考源进行同步脉冲调制。Agilent PSG和E8663B高性能信号源都支持外脉冲调制功能（Ext Pulse）。也可使用被测频率源中的脉冲控制信号进行控制，如果被测源和参考源源的时间延迟较大，可以设置参考源工作于内脉冲外触发状态（Int Triggered），然后通过调整参考源脉冲触发的延迟来实现。
脉冲调制信号绝对相位噪声测试举例：
被测试信号参数：
测试频率：10GHz，脉冲重复周期：50kHz, 脉冲宽度：1us,
信号峰值功率：13dBm
测试步骤1：
步骤1：测试频率确定
为提提高脉冲调制信号相位噪声的测试速度和精度，可以先对连续波形式的被测信号进行相位噪声测试，一方面可以比较连续波状态和脉冲调制状态下信号相位噪声的变化，另外可以让测试系统精确地确定参考信号源的中心频率和其它校准参数，这些参数的设定可以提高脉冲状态下系统的测试速度和测试精度。
E5505A相位噪声测试系统软件设置界面
对于频率超过1.6GHz的微波信号测试，需要设值的还包含：鉴相方式和变频设值。鉴相方式可以选择为通过变频后进行鉴相(Down Converter)和微波直接鉴相（Test Set），推荐使用变频后鉴相。如果选择变频后鉴相方法，还需要在Downconverter 菜单中设置载波频率（Input）。
连续波相位噪声测试的参考源设置于程控模式
连续波测试状态下，参考源设置于系统程控模式下，参考源的中心频率，输出功率，调制参数等都由E5505A 系统软件进行设置。
步骤2：测试功率确定，鉴相常数和压控增益参数确定
鉴相法测试相位噪声，测试系统的相位噪声测试灵敏度和被测信号功率有关，建议测试系统功率控制在10dBm ～20dBm 。在连续波测试过程中，E5505A 系统会校准鉴相系统的鉴相常数（phase detector Constant ）。该参数可以作为脉冲状态下鉴相常数的参考设置。在连续波测试状态下，需要确定的重要参考还有参考源的压控灵敏度（VCO Tuning Parameter ），该参数会影响测试系统的频率锁定范围和相位噪声测试灵敏度（参考设值为1kHz/V 0）。在保证锁定状态下，设值变小会提高相位噪声测试灵敏度。该参数也要作为脉冲状态下相位噪声测试的参考。
连续波测试模式下测试参数通过仪表测试得到
连续波状态相位噪声测试时，鉴相常数和参考源压控增益参数的校准都可设置为系统测试，如上图中E5505A菜单界面的设置显示。
步骤3：脉冲调制信号相位噪声测试
在E5505A测试系统的设置界面上对测试参数进行设置。
首先设置测试类型和测试频偏范围。
Measurement: Absolute Phase noise( using a phase locked loop)
Offset frequency range: start:10Hz, Stop:20kHz（需小于脉冲重复频率的1/2）Quality: Normal
脉冲调制信号相位噪声测试的频偏范围设置
脉冲调制状态下参考源工作于脉冲调制（Pulse Modulation）和调频（FM）复合调制方式下。脉冲调制工作状态可以保证参考源和被测源保持同步脉冲调制，调频工作状态可以保证参考源和被测源的频率锁定，从而保证鉴相处理结果的正确性。脉冲调制状态下，参考源控制模式应该设置为手动（manual）。可以手动设置参考源的
参考信号源调制参数设置：
1、输出频率：和连续波测试状态相同
2、输出功率：13dBm(和连续波测试状态相同)
3、脉冲调制功能设置：调制打开(Pulse： On)，脉冲调制源：外部（Ext Pulse）
4、调频功能设置：调制打开（FM:On），调制源：外部（Ext1），
调频频偏：1kHz (和连续波状态相同)
5、控制方式：本地（Local）
脉冲相位噪声测试参考源参数设置
E5505A的校准参数包含鉴相常数和参考源压控灵敏度，脉冲调制信号测试状态下鉴相常数可以选择为系统测量（Measure Phase detector constant），或手动设置（use current phase detector constant），手动设值的依据为：
脉冲调制状态鉴相常数＝连续波状态鉴相常数×脉冲占空比例如连续波信号功率＝13dBm
连续波状态测试过程中，系统校准得到的连续波状态鉴相常数＝300mv/Rad
脉冲信号占空比＝10％
脉冲状态下鉴相常数＝300×10％＝30mv/Rad。
脉冲调制状态下相位噪声测试，参考源压控增益参数设置为手动设值模式（Calculate from expected）。具体设值和连续波状态相同。
脉冲调制状态下，E5505A测试系统中鉴相装置Test Set设置需要注意以下几点：
低通滤波器设置于手动状态，将自动设置关闭，滤波器带宽根据脉冲调制频率设置。设置于小于脉冲重复频率的1/2数值，或接近该数值。
Ignore out of lock cond设置开启
Pulse Carrier：设置开启
以上设置完成后就可启动脉冲调制信号相位噪声测试，测试中测试软件会提示仪表和被测设备的连接关系和其它测试步骤，当显示频率锁定提示时，只需选择继续(Continue)按键就可。测试过程中可以使用示波器对鉴相误差电压信号进行监测，在频率锁定状态下，鉴相电压应该为平均电压为0V的噪声信号特性，当脉冲调制信号的脉冲重复周期比较小时，会鉴相误差电压中会出现脉冲重复频率的馈通泄露，在单边带相位噪声的测试结果中反映为频偏位置上的离散杂波。
脉冲调制信号相位噪声测试（载波频率：10GHz，脉冲宽度：1us，脉冲周期：20us）
测试应用2：脉冲器件寄生相位噪声测试
脉冲器件寄生相位噪声测试是评估双端口器件对输入信号相位噪声的恶化，典型的被测脉冲器件包含：行波管放大器，固态功率放大器，混频器等。测试系统的组成如图所示。测试中只需要一个激励信号源，信号源输出的脉冲调制信号首先通过功分器进行分路的处理，信号1输入到被测器件中作为激励，信号2作为参考。信号通过被测件后会叠加器件的寄生相位噪声，通过将被测件输出信号和参考进行鉴相处理可以得到器件的寄生相位噪声参数，测试系统需要建立这两个信号的相位正交关系。
脉冲器件寄生相位噪声测试举例：
被测试信号参数：
测试频率：10GHz ，脉冲重复周期：50kHz, 脉冲宽度：1us,
信号峰值功率：13dBm ，被测件输出信号功率：15dBm 连接到扫频频谱仪
采集卡
系统 连接到计算机AD 采集卡 E5505A 系统 连接到示波器和计数器PSG/E8663B 参考信号
锁相环压控电压
功分器
外调频输入接口（被测件脉冲控制
脉冲器件寄生相位噪声测试
E5505A 测试系统连接关系 外脉冲调制接口
E5505A测试系统测试功能定义：寄生相位噪声测试（Residual phase noise）
测试频偏范围：10Hz~20kHz
测试频率设置：10GHz
E5505A系统支持多种鉴相常数校准方法，可以使用正负峰值电压方法（Derive detector constant from measured +/-DC peak）方法来确定，在校准过程中，系统软件会提示改变频率来测试鉴相器的最大输出电压。也可根据信号功率和脉冲占空比来计算得到脉冲调制状态下的鉴相常数。
相位噪声测试过程中需要将参考信号和测试信号保持相位正交关系。在器件的寄生相位噪声参数测试中也需要满足这个条件。建立相位正交可以采用移相器方法(phase shifter)和微调频率方法（source frequency manual）。采用微调频率范围是利用参考通道和被测件通道的延迟差异，通过调整激励信号频率来实现相位正交，相位正交的依据就是鉴相误差电压为0V，电压的观测可以通过E5505A 系统的meter监测功能或外置示波器的鉴相监测结果来确定。
脉冲器件寄生相位噪声测试需要将鉴相装置设置中pulse carrier功能打开。
2.利用频谱仪时间门功能完成脉冲调制信号相位噪声测试
频谱仪具备测试点频信号单边带相位噪声的能力，频谱仪测试信号相位噪声的特点是测试方法简单，操作方便，很对频谱仪还配置相位噪声测试选件，可以完成单健相位噪声测试。但是频谱仪测试相位测试灵敏度会受频谱仪本振相位噪声的限制，很难测试高性能的频率合成器和晶振器件的相位噪声。由于操作使用方便，利用频谱仪测试频率源相位噪声仍然在工程中得到很多应用。
对于脉冲调制形式信号相位噪声测试需要使用频谱仪的时间门功能（Time gate）。所谓频谱仪时间门测试功能就是频谱仪在对信号进行频谱测试时，测试的过程只在门控信号（Gate Signal）的时间段内进行,这样可得到稳定的脉内信号的频谱特性。时间门频谱测试过程如图4所示。标准频谱仪测试信号频谱的时间为其扫描时间，很难和被测信号的变化周期匹配。
图5：频谱仪的门控测试功能
使用门控制测试功能，仪表首先能对正确显示被测试信号的脉冲包络，然后在脉冲包络显示状态下确定测试的时间门范围。为正确显示被测信号的脉冲包络，频谱仪的RBW 设置需满足一定要求，不然会由于RBW 中频滤波器的影响，造成对被测脉冲的失真。所以利用频谱仪测试脉冲调制信号相位噪声需要在脉冲宽度和最小测试频偏上折衷，对于测试频偏为10kHz的要求，需要脉冲宽度大于1ms。
脉冲调制信号的频谱特性
使用频谱仪的门控测试功能主要步骤：
步骤1：确定频谱仪测试的频率范围和功率范围。频谱仪表中心频谱和被测信号频率相同，扫宽(Span)根据相位噪声测试频偏确定，通常可以设置为100kHz。功率范围应该根据被测脉冲调制信号的峰值功率确定。
步骤2：根据被测信号的脉冲宽度确定频谱分析仪的RBW。
例如：被测信号脉冲宽度＝10us, 频谱主瓣宽度＝2×（1/10us）=200kHz。RBW设置>200kHz。
步骤3：在频谱仪门控设置界面下确定时间门的位置。时间门应处于脉冲的选定位置。
步骤4：启动时间门测试功能，得到稳定的脉内信号频谱。Agilent PSA/MXA频谱仪采用全数字中频处理技术，中频滤波器矩形系数为 4.1:1，这样可以保证显示频谱的边带不受滤波器频响的影响。
步骤5：首先利用marker功能测试点频信号功率（P1）。
步骤6：将marker移至相位噪声测试的频偏位置，例如10kHz频偏位置。由于RBW的设置需要首先考虑脉冲宽度的要求，所以最小测试频偏会受到脉冲宽度影响。
对频偏位置的噪声边带的功率谱参数进行测试。为得到准确噪声信号的功率谱密度参数，需要使用marker noise 和功率平均（Power Avg）功能。
打开Maker Function按键中的Marker Noise测试功能，这样测试的功率参数为1Hz带宽范围内噪声功率（dBm/Hz），而不是RBW带宽内的信号功率。
打开BW按键下的平均功能（Avg）,平均方式为功率平均（Avg Type:：RMS）。这样可以得到噪声边带信号的稳定功率谱密度读值(P2）。
步骤7：单边带相位噪声性能计算：P2-P1@设定的频偏位置。
试验1：被测信号频率：5.8GHz, 脉冲宽度：2ms,脉冲重复周期：20ms，
测试仪表：Agilent MXA或PSA 频谱仪
频谱仪扫频状态对脉冲调制信号的测试
（频谱仪RBW<脉冲重复频率）
MXA 当频谱仪RBW 下，仪表正确显示脉冲调制信号包络。间区域。时间门的位置和宽度可以灵活设置。
的触发方式可以使用外脉冲触发或内部触发。
时域测试中确定时间门位置
时间门测试中时域触发来源设置
启动时间门测试功能后，频谱仪显示脉冲开启时间区域内的点频信号频谱，在这样状态下，对载波功率进行测试：
P1=5dBm
对噪声边带利用marker noise 功能测试功率谱密度
对于噪声边带信号功率谱密度的测试，可以使用marker noise 和功率平均功能进行测试 P2=--105dBm@偏离载波100kHz 。
使用功率平均方式
测试噪声平均功率
单边带相位噪声测试结果：
载波信号功率P1=5Bm，
噪声边带信号功率谱密度：P2=-105dBm/Hz
相位噪声测试结果：P2-P1=-110dBc/Hz@100kHz offset
3：脉冲调制信号相位噪声测试方法总结
针对脉冲调制信号相位噪声测试要求，采用鉴相测试技术和频谱仪测试技术都能具备脉冲信号相位噪声测试功能。具体应用中需要根据被测件相位噪声性能和脉冲宽度等参数进行选择。Agilent E5505A相位噪声测试系统和PSA系列高性能频谱仪能满足不同类型信号相位噪声的测试应用要求。
脉冲宽度调制技术的具体应用
脉冲宽度调制 目录[隐藏] 一、脉冲宽度调制基本原理 二、脉冲宽度调制具体过程 三、脉冲宽度调制的优点 四、脉冲宽度调制控制方法 五、脉冲宽度调制相关应用领域 六、脉冲宽度调制技术的具体应用 一、脉冲宽度调制基本原理 二、脉冲宽度调制具体过程 三、脉冲宽度调制的优点 四、脉冲宽度调制控制方法 五、脉冲宽度调制相关应用领域 六、脉冲宽度调制技术的具体应用 脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最 广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技 术发展的主要方向之一。 [编辑本段] 一、脉冲宽度调制基本原理 随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可
相位噪声的产生原因和影响
相位噪声的产生原因和影响 概述 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 相位噪声是频率域的概念。相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。 定义 定义1：相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标源自: 有线数字电视传输特性与故障解析《中国有线电视》 2005年赵雨境,王恒江 定义2：相位噪声是指光的正弦振荡不稳定,时而出现某处相位的随机跳变.相位噪声导致光源线宽变宽.光强度噪声是指因自发辐射光强的随机变化和外界温度的变化,导致发射 光强的起伏源自: Fabry-Perot干涉式光纤温度传... 《传感器技术》 2001年曹满 婷来源文章摘要：分析了温度对相位的调制作用以及Fabry -Perot干涉结构检测相位变化的原理 ,提出了一种具有高灵敏度和高分辨率的相位调制型全光纤结构 ,并进行了系统的噪声分析。 定义3：是一随机量通常把信号的相似随机起伏中（t）称为相位噪声.（t）随时间变化的随机过程是一平稳的随机过程并使随机量的概率密度分布符合正态分布源自: 受多项噪声影响的二级方差估值的置信度《四川教育学院学报》 1997年林时昌来源文章摘要：有限次（ｍ次）采样测量的二级方差估值（，ｍ）随机地偏离其真值＜）。这种随机不确定性不仅和ｍ有关，而且和噪声的性质有关。计算出单项噪声所产生的不确定度；分析了多项噪声对总不确定度的影响，并引用置信度的概念表征测量的不确定度。 定义4：(t)〕sin[2兀厂t+小(t)]相位噪声是指频率信号中由频率源内部噪声调制(调相或调频)产生的随机相位起伏.当被测相位噪声比频谱分析仪自身的相位噪声大时,可直接利用频谱分析仪来测量相位噪声,这是一种简单、方便的相位噪声测量方法源自: 频谱分析仪在测量相位噪声过程中的数值修正《国外电子测量技术》 2002年曹芸来源文章摘要：本文介绍了在使用频谱分析仪测量相位噪声时,影响其测量结果的因素并讨论了如何对频谱分析仪输出结果进行修正。 定义5：则()rk的相角为()kknkqj+q+,其中()nkq是噪声()nk对相位的干扰,称为相位噪声.可见,kq中包含了全部的载波相位信息,kj包含了大量甚至全部的码字信息源自: 相位 处理载波恢复算法研究《信息与电子工程》 2003年袁清升,刘文来源文章摘要：针对
PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)原理
1、 PWM原理 2、调制器设计思想 3、具体实现设计 一、 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理： 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs< 其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语 音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。 二、数字脉冲宽度调制器的实现： 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。 图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。 图3 为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大 串联谐振脉冲调制方法总结 调幅控制方法是通过调节直流电压源输出（逆变器输入）电压Ud（可以用移相调压电路，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的。即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环（PLL）完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。 脉冲密度调制方法就是通过控制脉冲密度，实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。其控制原理，这种控制方法的基本思路是：假设总共有N个调功单位，在其中M个调功单位里逆变器向负载输出功率；而剩下的N－M个单位内逆变器停止工作，负载能量以自然振荡形式逐渐衰减。输出的脉冲密度为M/N，这样输出功率就跟脉冲密度联系起来了。因此通过改变脉冲密度就可改变输出功率。 脉冲密度调制方法的主要优点是：输出频率基本不变，开关损耗相对较小，易于实现数字化控制，比较适合于开环工作场合。 脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。 负载的阻抗随着逆变器的工作频率（f）的变化而变化。对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然。 脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它：1）如果负载对工作频率范围没有严格限制，这时频率必须跟踪，但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。 2）如果负载的Q值较高，或者功率调节范围不是很大，则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。 脉冲密度调制方法的主要缺点是：逆变器输出功率的频率不完全等于负载的自然谐振频率，在需要功率闭环的场合中，工作稳定性较差。由于每次从自然衰减振荡状态恢复到输出功率状态时要重新锁定工作频率，这时系统可能会失控。因此在功率闭环或者温度闭环的场合，工作的稳定性不好。其另一个缺点就是功率调节特性不理想，呈有级调功方式。 谐振脉冲宽度调制（PWM）方法 谐振脉冲宽度调制是通过改变两对开关管的驱动信号之间的相位差来改变输出电压值以达到调节功率的目的。即在控制电路中使原来同相的两个桥臂开关（S1，S2）、（S3，S4）的驱动信号之间错开一个相位角，使得输出的正负交替电压之间插入一个零电压值，这样只要改变相位角就可以改变输出电压的有效值，最终达到调节输出功率的目的。 相位噪声基础及测试原理和方法 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义 、PWM原理 2、调制器设计思想 3、具体实现设计 一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理： 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs< （1） 其中，x{t}是离散化的语音信号；Ts是采样周期；是未调制宽度；m是调制指数。 然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k Ts处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp(t)可以表示为： （2） 其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。 二、数字脉冲宽度调制器的实现： 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。 图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。 图3 为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大到小顺序变化，而是将数据分成偶数序列和奇数序列，在一个计数周期，偶数序列由小变大，直到最大值，然后变为对奇数序列计数，变化为由大到小。如图3例子。 奇偶序列的产生方法是将计数器的最后一位作为比较数据的最低位，在一个计数周期内，前半个周期计数器输出最低位为0，其他高位逐次增大，则产生的数据即为偶数序列；后半个周期输出最低位为1，其余高位依次减小，产生的数据为依次减小的偶序列。具体电路可以由以下电路图表示： 三、8051中的PWM模块设计： 脉冲调制信号分析与测量方法 【摘要】本文主要介绍用频谱分析仪对脉冲调制信号脉冲频谱载波功率进行直接测量后转换成峰值功率的方法，并系统地分析了窄带和宽带状态下脉冲调制信号频谱及功率测量的差别。这对雷达信号应用时的脉冲功率测量具有实用性。 【关键词】线状谱；脉冲谱；脉冲退敏因子 1.概述 脉冲波形是雷达和数字通信系统中的一类重要信号。脉冲调制信号的测量较之连续波形可能会遇到更多的困难。当频谱仪采用窄的分辨率带宽（RBW）时，显示频谱呈现出离散的谱线，当采用宽的分辨率带宽（RBW）时，这些谱线便融合到一起，频谱呈现出连续状。在这样的测量条件下，频谱分析仪的调节对被测结果会产生严重影响。 2.脉冲波形的频谱 脉冲重复频率为PRF=fmod调制频率，脉冲周期为T，脉冲宽度为τ，脉冲幅度为1单位。依据单脉冲的傅氏变换理论得脉冲的频域表示为： 频谱的零点发生在当f=±1/τ的整数倍处，脉冲波形的频谱形状与图2相同，横轴为频率f，中心为频率零点，纵轴为幅度。频谱的幅度与脉宽τ成正比，这意味着脉冲越宽，脉冲的能量越大。绝大部分脉冲能量都处在频率低于f=|±1/τ|的主瓣内。在频域中，随着时域脉宽τ的减小，第一个零点移向较高的频率。因此，脉冲越窄，它在频域中的带宽就越宽。因为较窄的脉冲要求瞬时电压变化得更快，电压的变化较快意味着有更多的高频成分，即时域中的电压变化越快，频域中的带宽越宽。 脉冲串是由周期性地复制所形成的。由于其波形是周期波形，依据脉冲周期波形的傅氏级数的时域表示为： 该波形具有τ/T的直流分量，这恰好是脉冲波形的平均值。信号的谐波将处在该波形的基频即f=1/T的整数倍处。谐波的总体形状或包络呈现（sinx）/x特性，频谱形状的大部分能量集中在主瓣和邻近旁瓣，这是与单脉冲的傅氏变换相同的形状。在1/τ的整数倍处出现频谱包络的零点。 脉冲串频谱的幅度取决于波形的占空比。占空比是脉冲宽度与周期之比，即占空比=τ/T。脉冲串频谱的总体形状由脉冲宽度决定，脉冲频谱包络零点间隔=1/τ，而脉冲重复频率PRF=谱线间隔如图1所示。 3.线状谱 LMK04000 系列产品的相位噪声性能测试 30082862 加权函数H(f)是低通闭环传递函数，其中包含了诸如电 荷泵增益、环路滤波器响应、VCO增益和反馈通路（ 数器等参数。该式表示了图1所示的每一级PLL AN-1910 30082801 图1 具有抖动清除能力的双PLL时钟合成器的架构 https://www.360docs.net/doc/101014991.html, ? 2009 National Semiconductor Corporation 300828 https://www.360docs.net/doc/101014991.html, 2 A N -1910 2.0 LMK04000系列产品介绍 图2示出了LMK04000精密时钟去抖产品系列的详细的框图。其PLL1的冗余的参考时钟输入（CLKin0，CLKin1），可以支持高达400 MHz 的频率。参考时钟信号可以是单端或者差分式的信号，为了实现操作中稳定性，还可以启用其中的自动开关模式。驱动OSCin 端口的VCXO 的最大容许频率为250 MHz 。OSCin 端口的信号被反馈到PLL2相位比较器上，而且也作为相位和频率基准注入到PLL2中。虽然在图中并未示出，其内部还是可以支持分立形式的、采用外接晶振的VCXO 。PLL2的相位比较器的基准信号输入端还提供了一 个可选用的频率倍增器，这可以使得相位比较的频率得以增加一倍，从而降低了PLL2的带内噪声。PLL2集成了一个内置的VCO ，以及可选的内置环路滤波器部件，这一部分可以提供PLL2环路滤波器的3阶和4阶极点。VCO 的输出带有缓冲，最终由Fout 引脚向外提供信号，该信号也可以经过一个VCO 分频器路由到内部的时钟分发总线上。时钟分发部分则对时钟信号进行缓冲，并将其分配给各个可以独立配置的通道。每个通道具有一个分频器、延迟模块和输出缓冲器。在时钟输出端，各信号格式的组合关系可以根据具体的器件编号来确定。 30082802 图2 LMK04000系列时钟电路的框图 下面的表格示出了LMK04000系列中目前已发布的器件。正如表1所示的那样，其中包含了2个VCO 频带以及 两种可配置的时钟输出格式。本报告中所测量的器件是LMK04031。 表1 LMK04000系列产品的器件编号、输出格式和VCO 频段 NSID 工艺2VPECL/LVPECL 输出 LVDS 输出 LVCMOS 输出 VCO 频率范围LMK04011BISQ BiCMOS 51430～1570 MHz LMK04031BISQ BiCMOS 22 2 1430～1570 MHz LMK04033BISQ BiCMOS 2 2 2 1840～2160 MHz 系统相位噪声的指标 举个例子说明800MHz CDMA手机接收(参看IS-98标准) 你可以这样想, 所有的接收机的参数要求, 不管是GAIN, NF, 还是IP3 等等, 都是为了一个目的---实现一定的信噪比SNR从而能够对信号进行解调. 不论是灵敏度, 动态范围还是在有干扰信号条件下, 解调是接收机要达到的目的. 对CDMA手机接收机来说, 解调需要的SNR = -1.5 dB (大约值) IS-98里面有一个单音(Single tone)测试, 是测试CDMA接收机在一个单音强干扰情况下的性能. CDMA接收机灵敏度最低要求-104 dBm(带宽1.25 MHz). 也就是说在最差NF条件下, 热噪声功率 = -104 - SNR = -102.5 dBm/1.25MHz 单音测试条件如下 CDMA信号功率 = -101 dBm/1.25MHz 单音频偏 = 900 KHz 单音功率 = -30 dBm 如图所示, 不管是有中频还是零中频结构, 信号和LO混频后落在有用带宽内, 单音和LO 混频后还是会落在900 KHz处(会被中频或基带滤波器滤除), 单音和LO的相位噪声混频后(称为reciprocal mxing, 有人翻译为倒易混频, 即把单音当作一个本振信号, 把LO的相位噪声当作一个宽带信号进行混频, "倒易"意指单音和LO角色互换)的产物会落在有用带宽内, 这种噪声迭加在热噪声之上, 引起系统SNR下降. 接收机系统相位噪声的指标可以由此得出. 因为单音测试主要由双工器隔离度, LNA IP3和相位噪声决定, 因此计算相位噪声的指标要留裕量给其它指标(这里用 6 dB). 根据上面的计算, 我们可以对相位噪声提一个指标: 在900 KHz频偏处要求-139 dBc/Hz. 脉冲宽度调制 编辑 脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 目录 1简介 2背景介绍 3基本原理 4谐波频谱 5具体过程 6优点 7控制方法 8应用领域 9具体应用 1 简介 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压 电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。 2背景介绍 随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V,5V}这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式的家庭立体声设备）和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。 3基本原理 脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于∏/n ，但幅值不等，且脉冲顶 谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制) 谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制) 做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念 开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制 脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。 PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制 一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM 是利用脉冲的有无控制输出. 其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM 兼有PWM和PFM的优点。 DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。与PWM相比，PFM的输出电流小，但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗的电流就会变得很小。因此，消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。 若需同时具备PFM与PWM的优点的话，可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM 的优点。在备有待机模式的系统中，采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。 就DC-DC变换器而言目前业界PFM只有Single Phase，且以Ripple Mode的模式来实现，故需求输出端的Ripple较大。没有负向电感电流，故可提高轻载效率。由于是看输出Ripple，所以Transient很好，在做Dynamic的时候没有under-shoot。PWM有Single Phase & Multi-phase， 摘要： 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义 以载波的幅度为参考，在偏移一定的频率下的单边带相对噪声功率。这个数值是指在1Hz的带宽下的相对噪声电平，其单位为dBc/Hz。该定义最早是基于频谱仪法测试相位噪声，不区分调幅噪声和调相噪声。 单边带相位噪声L(f)定义为随机相位波动单边带功率谱密度Sφ(f)的一半，其单位为dBc/Hz。其中Sφ(f)为随机相位波动φ(t)的单边带功率谱密度，其物理量纲是rad2/Hz。 脉冲宽度调制(PWM)技术 在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。 1. 面积等效原理 在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。 从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。由此进一步证明了面积等效原理的正确性。 2. 脉冲宽度调制技术 依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压U i以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。 图2所示的矩形波的电压平均值： 此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。 采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。为了明确脉冲宽度调制技术对负载产生的影响，且考虑此分析结果便于以后章节引用，可将图2所示的等幅脉冲序列描述为 式中，G(t)为开关函数，其波形如图3所示。 在此式中，第一项DUi是等幅脉冲序列的直流成分，也即输出电压的平均值。可见，输出电 PWM (脉冲宽度调制)原理与实现 1、PWM原理 2、调制器设计思想 3、具体实现设计 一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理： 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs< 其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语 音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。 二、数字脉冲宽度调制器的实现： 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。 图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。 图3 为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大 胡为东系列文章之七 相位噪声的时域测量方法 美国力科公司胡为东摘要：相位噪声主要是衡量因信号的相位变化而带来的噪声，在频域中表现为噪声的频谱，在时域中又表现为信号边沿位置的抖动，因此在实际应用中，相位噪声和信号的抖动其实本质是相同的。本文就将对相位噪声以及TIE抖动（Time Interval Error，时间间隔误差，也叫相位抖动）的概念及相互关系做一简要介绍并详细介绍了使用力科示波器如何测量TIE 抖动并将其转换为相位噪声的。 关键词：力科相位噪声TIE 抖动 一、相位噪声的基本概念 一个时钟信号或者一个时钟信号的一次谐波可以用一个如下的正弦波形来表示： （），其中为时钟频率，为初始相位，如果为常数，那么的傅里叶变换频谱图应该为一条谱线，如图1中的左图所示，但是如果发生变化，则原本规则的周期正弦信号在变化的过程中将会出现拐点，且频谱也将变得不仅仅是一条谱线，而是可能由分布在时钟频率周围的很多条谱线构成的更为复杂的频谱图，如图1中的右图所示，其中频谱波形在fc附近多出的谱线即为相位噪声谱（或者叫做相位抖动谱）。因为初始相位的变化而引起的噪声称为相位噪声，因此对于一个正弦时钟信号或者时钟信号的一次谐波来说，在理论上应该是为零的，此时上述公式中的则完全为相位噪声成分。 fc A fc A 图1 正弦信号的频谱（无相位变化以及有相位变化的可能情形）为了更为精确的描述相位噪声，通常定义其为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值，即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频下的所有面积之比，如下图2所示。 一、PWM技术原理 由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。 二、正弦波脉宽调制(sPwM） 1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图5 3所示；这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。sPwM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型；而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性sPwM和双极性sPwM两种。 3．双极性sPwM法双极性控制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥臂中的两只元件均处于开关状态，但它们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的。这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的情况，故称之为双极性控制。与单极性控制方式相比，载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式，其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况 4．sPwM生成方法正弦脉宽调制波(sPwM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种方式。按照前面讲述的PWM逆变电路的基本原理和控制方法，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对功率开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波形。但这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。微机控制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微机来实现。本节主要介绍用软件生成SPWM波形的几种基本算法。 UNISONIC TECHNOLOGIES CO., LTD TL1451 LINEAR INTEGRATED CIRCUIT DUAL PULSE-WIDTH-MODULATION CONTROL CIRCUITS DESCRIPTION The UTC TL1451 incorporates on a single monolithic chip all the functions required in the construction of two pulse-width-modulation (PWM) control circuits. Designed primarily for power supply control, the UTC TL1451 contains an on-chip 2.5V regulator, two error amplifiers, an adjustable oscillator, two dead-time comparators, undervoltage lockout circuitry, and dual common –emitter output transistor circuits. FEATURES *Complete PWM power control circuitry *Completely synchronized operation *Internal undervoltage lockout protection *Wide supply voltage range *Internal Short-Circuit protection *Oscillator frequency 500kHz max *Variable dead time provides control over total range *Internal regulator provides a stable 2.5V reference supply *Pb-free plating product number: TL1451L ORDERING INFORMATION Order Number Normal Lead free plating Package Packing TL1451-S16-R TL1451L-S16-R SOP-16 Tape Reel TL1451-S16-T TL1451L-S16-T SOP-16 Tube TL1451-P16-R TL1451L-P16-R TSSOP-16Tape Reel TL1451-P16-T TL1451L-P16-T TSSOP-16Tube TL1451-D16-T TL1451L-D16-T DIP-16 Tube https://www.360docs.net/doc/101014991.html, 串联谐振脉冲调制方法总结 汇卓电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。 调幅控制方法是通过调节直流电压源输出（逆变器输入）电压Ud（可以用移相调压电路，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的。即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环（PLL）完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。 脉冲密度调制方法就是通过控制脉冲密度，实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。其控制原理，这种控制方法的基本思路是：假设总共有N个调功单位，在其中M个调功单位里逆变器向负载输出功率；而剩下的N－M个单位内逆变器停止工作，负 https://www.360docs.net/doc/101014991.html, 载能量以自然振荡形式逐渐衰减。输出的脉冲密度为M/N，这样输出功率就跟脉冲密度联系起来了。因此通过改变脉冲密度就可改变输出功率。 脉冲密度调制方法的主要优点是：输出频率基本不变，开关损耗相对较小，易于实现数字化控制，比较适合于开环工作场合。 脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。 负载的阻抗随着逆变器的工作频率（f）的变化而变化。对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然。 脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它： 1）如果负载对工作频率范围没有严格限制，这时频率必须跟踪，但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。 2）如果负载的Q值较高，或者功率调节范围不是很大，则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。 脉冲密度调制方法的主要缺点是：逆变器输出功率的频率不完全等于负载的自然谐振频率，在需要功率闭环的场合中，工作稳定性较差。由于每次从自然衰减振荡状态恢复到输出功率状态时要重新锁定工作频率，这时系统可能会失控。因此在功率闭环或者温度闭环的场合，工作的稳定性不好。其另一个缺点就是功率调节特性不理想，呈有级调功方式。 谐振脉冲宽度调制（PWM）方法串联谐振脉冲调制方法总结
相位噪声基础及测试原理和方法
单片机PWM(脉冲宽度调制)原理与实现
脉冲调制信号分析与测量方法
相位噪声性能测试
系统相位噪声的指标
脉冲宽度控制
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
相位噪声基础及测试原理和方法
脉冲宽度调制(PWM)技术
PWM (脉冲宽度调制)原理与实现
相位噪声的测试方法
脉冲宽度调制(PWM)技术原理
TL1451双脉冲宽度调制控制电路
串联谐振脉冲调制方法总结