如何利用单通道或双通道函数发生器产生两路锁相信号

[复制链接]
跳转到指定楼层
查看: 2796 |回复: 2
1
是德论坛_编辑
  • 积分:2122
  • |
  • 主题:157
  • |
  • 帖子:246
积分:2122
LV8
网站编辑
  • 2016-11-29 10:17:52
函数信号发生器作为通用的电子测量仪器之一,广泛应用于通信系统、航天航空测控、电子测量、科研及教学等各个领域中。随着电子信息技术的发展,用户对其性能的要求也越来越高,如要求幅度和频率有很高的稳定性,且具备调幅、调频、调相等功能,另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率,同时要有确定的相位差。

在实际应用中,生成具有特定相位关系的两路正弦信号是一项很重要的需求。这些信号经常被用在阻抗计、发电机控制系统、锁定放大器中。所以我们会遇到用户有这样的诉求:希望产生同步的两路信号或者是相位偏移固定且可调的两路信号,也叫做锁相信号。那我们就分别针对单路输出的函数发生器以及双通道函数发生器,来看看如何实现客户的需要。

一、两台或者两台以上函数发生器

首先,我们以两台函数发生器为例来说明多台函数发生如何产生两路锁相信号。要让两台函数发生器输出的信号同步或者锁相,简单有效的方法是使用同一个公共的时钟信号,也就是外部参考。针对是德科技33210A以及33220A,您需要购买001的选件添加外部参考的BNC接口,见下图1所示10M IN和10MOUT接口。33250A、33500和33600系列函数发生器的标配会带这两个接口。

1.png

我们通常可以将其中一台函数发生器的10M IN 接口连接至另外一台函数发生器的10MOUT接口,如图2。当然,我们也可以给两台函数发生器提供相同的外部时钟信号,分别接到它们的10M IN接口。然后,利用外部触发信号同时触发两台函数发生器,就能够产生相位差固定可调的两路信号。需要说明的是,使用外部触发让两台函数发生器同时工作是必不可少的,因为它确保了两台函数发生器在同一时刻都产生波形,否则输出波形的相位差是不确定的。

本实验中使用仪器和工具共包括:

53131A频率计一台:用于为两台函数发生器产生同步时基。
33220A函数发生器两台:
一台用于和另外一台函数发生器(33522A)产生同步信号
一台用于产生外部触发信号。
33522A一台:用于与33220A产生同步信号。
T型转接头2个:
一个用于将53131A的10MHz Ref OUT接口分为两路供给33220A和33522A
另一个用于将33220A产生的触发信号分为两路供给33220A和33522A
BNC连接线数条。


以下为实验的具体操作步骤:

使用一台33220A 和一台33522A,首先将53131A频率计后面板提供的10MHz RefOUT接口通过BNC线缆连接到这两台函数发生器的10M IN 接口,作为外部时钟参考。

将另一台33220A输出频率设置为1Hz且峰峰值为5V的方波信号作为外部触发信号,分别输出到要输出波形的33220A和33522A外部触发信号输入端子。
设置第一台的33220A输出频率1KHz,峰峰值2.5VPP,相位-20°;33522A输出频率1KHz,峰峰值2.5VPP,相位0°。

通过以上设置,两台函数发生可以输出两路1KHz的信号,两路信号的相位差固定为20°。打开两个函数发生器的输出,我们可以通过频率计或者示波器测试两路信号的相位差来验证两路输出是否是同步的。


2.png

我们先来看看频率计是如何测试的?

将这两路信号分别接到53131A的两个输入通道,设置频率计测试相位差phase1T2,数学平均20次,得到相位差为20.24+-0.02°,最大值20.47°,最小值20.2°


3.png

通过实验可以观察到两路信号的相位差确实是固定的,和函数发生器的设置基本吻合。

另外,我们可以采用示波器测量两路信号的相位差,示波器的图形化显示可以形象的看到两路信号的相位关系。将这两路信号分别接到MSO4154A的两个通道,启用示波器相移1-2测量功能,得到相位差为20.8+-1°


4.png

可以看出频率计测试两个波形的相位差精度比示波器好,是因为频率计的ADC位数高于示波器内部ADC的位数,另外频率计的时基精度要高于示波器。当然,示波器的优势在于可以看到波形,发现信号中的毛刺。

同理,要实现两台以上的函数任意波形发生器产生锁相信号的前提,是要使这些函数波形发生器首先进行同步,同步信号可以来自于其中一台信号发生器也可以来自于外部更加准确的信号源,然后对每台函数任意波形发生器的相位进行调整,最后输出。

二、双通道函数发生器

如有您有双通道的函数发生器比如是德科技33522B或者33622B的函数发生器,那一切就变得更简单了,只需在进入parameter菜单里按下phase软键,进入下级菜单按下SYNCinternal 按键,就能达到两通道波形同步的功能,然后调整可以任意通道的起始相位。如下图所示:


5.png
6.png

三、使用双通道函数发生器实现不同形状的任意波形同步方法

上面两个例子都是以正弦波为例,但并非所有的应用都是使用函数任意波形发生器里内置的标准波形,用户可能需要更复杂波形的同步,这时他们需要先自定义两个任意波形,再使用无限脉冲串以及同步触发功能进行操作。

下面我们介绍如何使用双通道的函数发生器实现不同形状任意波形同步的方式:

我们以33500B系列函数发生器为例:

首先在通道1选择一个任意波形,然后按Burst按键,设置仪器如下图所示界面:


7.png

然后按Trigger按键进入触发设置界面,设置触发源为手动触发(暂时不触发),如下图:

8.png

接下来进入通道2的设置,如通道1设置一样,先选取您要在通道2输出的任意波形,然后进入Burst菜单,如下图一样设置:

9.png

再次进入Trigger菜单,设置通道2的触发源为手动触发,如下图:

10.png

最后确保两路输出已经打开,按下Trigger按键,两路通道将同步的输出两路任意的波形。

如果两路任意波形是由同样的数据点构成,它们将在多个重复周期后依然同步。否则,它们仅在起始位置同步,然后在两路数据点的公约数重复次数时同步。例如如果您要同步一个由8个点或则10个点构成的波形,它们将在第40,80,120个重复周期后再次同步。

以上,我们介绍了各种产生同步或者固定相位差的两路信号的需求和实现方式,并且用实验验证了结果。希望本文能帮助大家快捷地设置和操作,实现自己的需要的波形。

applebad
  • 积分:410
  • |
  • 主题:17
  • |
  • 帖子:86
积分:410
LV3
中级会员
  • 2016-11-30 23:17:40
  • 倒数2
 
很好的分享 ,实际使用中 用方法一的比较多 也就是灌入同步时钟但是 第一个图片的示波器图形怎么得到的 是不是调用的存储图片?  没有探头 运行也没停止
applebad
  • 积分:410
  • |
  • 主题:17
  • |
  • 帖子:86
积分:410
LV3
中级会员
最新回复
  • 2016-12-6 23:05:30
  • 倒数1
 
我又看了一下 上面插了U盘 应该是调入的图片。 哈哈

一般我都是用仪器自身的 时钟输出/输入功能同步