第3章数字频率合成技术

1、第三章 数字频率合成技术 第三章 数字频率合成技术 l引入引入: 与与20世纪世纪30年代提出年代提出,利用利用 单个或多个晶振作为基准信号源单个或多个晶振作为基准信号源,通过通过 等方法等方法,产生大量的离散频率产生大量的离散频率 信号信号. l50年代年代,随着数字集成电路以及微电子技随着数字集成电路以及微电子技 术的方展术的方展,出现了出现了和和 第三章 数字频率合成技术 l目前目前,应用最常用的频率合成法之一是数应用最常用的频率合成法之一是数 字锁相法字锁相法,采用采用, 和和 . 3-1 3-1 频率合成器的主要性能指标频率合成器的主要性能指标 l频率合成器的主要性能指标频率合成器的

2、主要性能指标: l即合成器输出的最低频率即合成器输出的最低频率fomax和最高频和最高频 率率fomin之间的变化范围之间的变化范围,用频率覆盖系数用频率覆盖系数k 表示表示: 0max 0min f k f l当当k23时时,则则可以划分为几个可以划分为几个 , l分频段的覆盖系数分频段的覆盖系数k1,k2,kn与与VCO的覆的覆 盖系数有关盖系数有关. l即即:频率合成器长期内输出频率的稳定度频率合成器长期内输出频率的稳定度, 它与标准频率源的稳定度和精度有关它与标准频率源的稳定度和精度有关. l其典型值一般为其典型值一般为 l在不同的设备中在不同的设备中,信道总数为几万信道总数为几万,几

3、十万几十万 甚至达到几百万甚至达到几百万. 710 0 1010/ f f 每每日日 l频道间隔频道间隔(分辨能力分辨能力) l即即:频率合成器输出信号两相邻频率之间频率合成器输出信号两相邻频率之间 的间隔的间隔. l举例举例在短波通信中在短波通信中,常采用最小频率间隔为常采用最小频率间隔为 100Hz,有的甚至采用有的甚至采用10Hz,1Hz. l在超短波通信中在超短波通信中,其频率间隔为其频率间隔为50kHz或或25kHz. l信道噪声有两种类型信道噪声有两种类型:即即和和. l它表征了输出信号的频谱纯度它表征了输出信号的频谱纯度(即输出信号接近即输出信号接近 正弦波的程度正弦波的程度)

4、l噪声来源有两个方面噪声来源有两个方面: l(1)非线性器件产生的相干寄生信号非线性器件产生的相干寄生信号(如混频器如混频器) l(2)由内部电路产生的非相干噪声由内部电路产生的非相干噪声. l这种寄生噪声频谱一般出现在所选定的输出频率这种寄生噪声频谱一般出现在所选定的输出频率 左右左右. l在高质量的频率在高质量的频率 合成器中合成器中,非谐波非谐波 的寄生噪声低于的寄生噪声低于 所需信号的所需信号的 8090dB,而谐波而谐波 低于低于25dB. 离开中心载频离开中心载频 3kHz带宽内的噪带宽内的噪 声功率声功率. 3-1 3-1 频率合成器的主要性能指标频率合成器的主要性能指标 l即频

5、率合成器从某频率转换到另一频率并达到即频率合成器从某频率转换到另一频率并达到 锁定的时间锁定的时间; l包括人工粗调包括人工粗调(或搜索或搜索)频率的时间和锁相环的频率的时间和锁相环的 捕捉时间捕捉时间,环路的捕捉时间一般低于几十环路的捕捉时间一般低于几十mS. 3-2 3-2 单环数字式频率合成器单环数字式频率合成器 l如图如图3-2所示为最基本的单环数字式频率合成器所示为最基本的单环数字式频率合成器.它采用了它采用了: l可变程序分频器可变程序分频器N. l晶体振荡器经晶体振荡器经R分频得到基准信号分频得到基准信号fr. lVCO输出输出fo经经N分频得到分频得到fv. 0Vr fNfNf

6、 3-2 3-2 单环数字式频率合成器单环数字式频率合成器 此频率合成器的特点是输出信号的频率此频率合成器的特点是输出信号的频率 间隔间隔 , 步进开关只要使步进开关只要使N改变改变1, 即可改变一个频道即可改变一个频道. 0Vr fNfNf r ff 3-2-1 3-2-1 环路相位数学模型环路相位数学模型 0 2r f ff N 0 2 ( ) ( ) p p N 图中虚线框所示图中虚线框所示 00 0 1KK K p NNpp 其中其中 0 0 K K N 3-2-1 3-2-1 环路相位数学模型环路相位数学模型 闭环传递函数闭环传递函数 2 1 ( )( ) ( ) ( )( ) pK

7、 F p Hp ppK F p 其中其中 0 0 d d K K K KK K NN 3-2-1 3-2-1 环路相位数学模型环路相位数学模型 实际上实际上,频率合成器的输出是从频率合成器的输出是从VCO直接输出直接输出 的的,所以输出端呈现的闭环传递函数为所以输出端呈现的闭环传递函数为 00 0 00 1 ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) 11 dd dd K K F pK K F p ppNp H pN K K F pK K F p p NpNp ( ) ( ) ( ) K F p NNHp pK F p 3-2-1 3-2-1 环路相位数学模型环路相位数学模型 l由上述

8、分析可见由上述分析可见: l采用采用 代替后代替后,具有可变程序分频器的具有可变程序分频器的 锁相环路与第一章中所讨论的环路具有相同的锁相环路与第一章中所讨论的环路具有相同的 形式形式.于是第一章中的基本环路的结论也适用于是第一章中的基本环路的结论也适用, 只是用只是用 代替代替 .所以环路增益所以环路增益 ,输出相位输出相位 ,输出频率输出频率 均相应的减小均相应的减小N倍倍. l实际实际VCO输出端的闭环传递函数输出端的闭环传递函数H(p)为虚为虚 拟拟VCO闭环传递函数闭环传递函数 的的N倍倍.即即 0 0 K K N K KK 2( ) p 0 f ( ) Hp ( )( )H pNH

9、p 3-2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 以高增益的以高增益的有源比例积分滤波器二阶环有源比例积分滤波器二阶环为例为例, 借助于第一章的相关结论展开讨论借助于第一章的相关结论展开讨论 高增益高增益,1 n KA 一一.环路的主要参数环路的主要参数 1.环路的自然角频率和阻尼系数环路的自然角频率和阻尼系数 11 n KK N 22 11 22 KK N 3-2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 2.环路的等效噪声带宽环路的等效噪声带宽 222 1 (14)14() 882 nn L K B N 2 2 1 1 8 n K N 2 2 1 K N 如果如果 8 n L B 3-

10、2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 二二.环路捕捉范围环路捕捉范围 1.环路在环路在程序分频器输出端程序分频器输出端呈现的捕捉带呈现的捕捉带 有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器 0 24 pndn AK KAK 与此对应与此对应 0d KK K 2 11 44 2 pn KKK AKA NNN p 3-2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 2 11 44 2 pn KKK AKA NNN 2 22 11 4 4 22 KKK AA NNN 2 2 1 4 2 p K A N 结论结论: 3-2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 1.环路在环路在压控振荡器输出端压控振

11、荡器输出端呈现的捕捉带呈现的捕捉带 上述分析说明上述分析说明,增加分频器不影响环路的捕捉性能增加分频器不影响环路的捕捉性能. 2 2 1 4 2 p K A N 22 22 11 4 4 22 pp KK NNAA N p 三三.频率合成器的应用举例频率合成器的应用举例. l电路结构与分析电路结构与分析: lJ154为单稳触发整形电路为单稳触发整形电路. lT210组成三级固定程序分频电路组成三级固定程序分频电路,分频比分频比 R=10*10*5=500,所以频率间隔所以频率间隔 lST002为电压型数字鉴相器为电压型数字鉴相器,它由数字比相器它由数字比相器,恒压恒压 泵电路以及有源比例积分滤

12、波器组成泵电路以及有源比例积分滤波器组成,鉴相误差电压由鉴相误差电压由 b点输出点输出,vc(t)经积分和滤波后去控制经积分和滤波后去控制VCO. lE1648为负阻型为负阻型VCO, 输出输出fo送至程序分频器送至程序分频器. l程序分频器它接于程序分频器它接于VCO和鉴相器之间和鉴相器之间,实现提前预实现提前预 置同步程序分频的九读出法的程序分频器置同步程序分频的九读出法的程序分频器. 5 10 500 r MHz ffKHz 三三.频率合成器的应用举例频率合成器的应用举例. lBG1BG5组成选频放大器和射极跟随器组成选频放大器和射极跟随器(由分立元由分立元 件组成件组成) lE1012

13、5为为ECL-TTL电平转换器电平转换器. (1)输出频率输出频率f=56MHz. (2)输出频率间隔输出频率间隔f=10KHz. *(3)输出杂散噪声输出杂散噪声 f1=50Hz, -53dB f2=100Hz, -55dB *(4)输出相位噪声功率谱密度输出相位噪声功率谱密度 1KHz以内以内 -70dB/Hz 1KHz以外以外 -90dB/Hz 3-2-2 3-2-2 环路性能讨论环路性能讨论 (5)频率转换时间频率转换时间 (6)输出频率稳定度输出频率稳定度 P95 例例3-2不作要求不作要求. 2 c tms 9 10/ s 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字

14、式频率合成器的类型 l按照实现单环数字式频率合成器的各种不同方按照实现单环数字式频率合成器的各种不同方 法法,可以分为以下四种类型的频率合成器可以分为以下四种类型的频率合成器. l一一.直接方式的单环数字式频率合成器直接方式的单环数字式频率合成器. l二二.固定前置分频方式的单环数字式频率合成器固定前置分频方式的单环数字式频率合成器. l三三.脉冲吞除方式的单环数字式频率合成器脉冲吞除方式的单环数字式频率合成器. l四四.混频方式的单环数字式频率合成器混频方式的单环数字式频率合成器. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l一一.直接方式的单环数字式频率

15、合成器直接方式的单环数字式频率合成器. l1.单片集成锁相环组成的频率合成器单片集成锁相环组成的频率合成器 l它内部包括它内部包括VCO,LF和和PD等部件等部件,而且可变程序分频器由而且可变程序分频器由 一般的中规模集成电路组成一般的中规模集成电路组成,接于接于PD和和VCO之间之间. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l2.带有带有PLL-IC的数字锁相环频率合成器的数字锁相环频率合成器. l它由晶体振荡器它由晶体振荡器,固定分频器固定分频器(R),鉴相器鉴相器,可变程序分可变程序分 频器组成频器组成).图图3-7为方框图为方框图.图图3-8为实

16、际电路为实际电路. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 2.带有带有PLL-IC的数字锁相环频率合成器的数字锁相环频率合成器. 晶体振荡器由晶体振荡器由3端输入端输入(fRmin=10.24MHz),经过放大后经过放大后,由由4端输端输 出为出为10.24MHz.如经如经2分频器分频器,由由5端输出为端输出为5.12MHz.其参考其参考 分频比为分频比为 ,可以由可以由6端选择控制端选择控制,所形成的所形成的fr送入鉴相器送入鉴相器 MC14506 PLL-IC 910 22 或或 VCO 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频

17、率合成器的类型 VCO送来送来fo经过放大经过放大,并进行并进行N分频后得到分频后得到fv, fr与与fv输入鉴输入鉴 相器进行比相相器进行比相. 当环路锁定时当环路锁定时,鉴相器输出鉴相器输出 产生高电平产生高电平.锁定检测锁定检测 在失在失 锁时处于低电平锁时处于低电平. D D L 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l二二.固定前置分频方式的单环数字式频率合成器固定前置分频方式的单环数字式频率合成器. 0Vr fNKfNKf 由于采用固定前置分频器由于采用固定前置分频器(分频比为分频比为K),从而使从而使 得分频器得工作频率下降得分频器得工作频

18、率下降,fr降低降低. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l三三.脉冲吞除方式的单环数字式频率合成器脉冲吞除方式的单环数字式频率合成器. all NNpA l1.双模双模 计数器计数器 锁相环锁相环. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 all (1)()NA pNA p ApANpAp NpA l当环路锁定时当环路锁定时 0 () rr fNfNpA f 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l2.四模计数器锁相环四模计数器锁相环. 它由它由4模前置程序器些列模前置程

19、序器些列SP8901或或SP8906与与4 模大规模集成电路模大规模集成电路NJ8891混和而成混和而成,可得到各可得到各 种种VHF/UHF的频率合成器的频率合成器.工作频率可达工作频率可达 1000MHz 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l图图3-12 NJ811四模锁相环四模锁相环 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 l四四.混频方式的单环数字式频率合成器混频方式的单环数字式频率合成器. 此电路将此电路将VCO的输出的输出f

20、o与一个补偿晶振与一个补偿晶振OSC进行混频进行混频, 得到降频后的输出频率得到降频后的输出频率fk(显然改变显然改变OSC频率可以改变频率可以改变fk), 再经过再经过N分频后分频后,送至鉴相器与基准信号进行比较送至鉴相器与基准信号进行比较. 3-2-3 3-2-3 单环数字式频率合成器的类型单环数字式频率合成器的类型 0km fff V k f f N V r ff 0 () V m r ff ff N 0rm fNff l 三、多环频率合成器 l 用高参考频率而且仍能得到高频 率分辨力的一种可能的方法是，在锁相 环路的输出端再进行分频，如图6-25。 VCO输出频率经M次分频之后为 T

21、o Nf f M 图图 6-25 后置分频器的后置分频器的PLL合成器合成器 图图 6-26 三环锁相频率合成器三环锁相频率合成器 l 合成器的频率转换时间是由A、B、 C三个环共同决定的。因为A、B两个环 的参考频率fr=100 kHz，C环的参考频率 更高，*所以即使频率分辨力达到1 kHz， 而总的频率转换时间仍为 5 2525 0.25 10 s T tms f 图图 6-27 CMOS集成双环合成器集成双环合成器 l 环路的输出频率 (324 325)0.002510.24 11.0500 11.0525 (324 325)0.002511.31 12.1200 12.1225 A

22、A f MHz f MHz 第三章 数字频率合成技术 3-4 小数分频频率合成器 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 l如图如图3-17 l在小数分频频率合成器在小数分频频率合成器 中中,VCO的输出频率被锁的输出频率被锁 定为输入标准频率定为输入标准频率F次谐次谐 波上波上. l当环路锁定时当环路锁定时 (0.F为输入基准的小数为输入基准的小数F 次谐波频率次谐波频率,其中其中N和和F均均 为正整数为正整数) 0 . r fN Ff 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 l工作原理工作原理: l右边右边:VCO输出经过输出经过N分分 频送至鉴相器频送至鉴相器PD中与输中与输 入标准频率

23、入标准频率fr进行比相进行比相,用用 其误差信号再去控制其误差信号再去控制 VCO. l左边左边:是是0.F小数可变分频小数可变分频 器器,分频小数以二分频小数以二-十进制十进制 0r fNf 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 写入写入F寄存器中寄存器中. l在输入的每一个周期中在输入的每一个周期中,F寄寄 存器的存数和相位累加器的存器的存数和相位累加器的 存数在十进制全加器中相加存数在十进制全加器中相加 一次一次. l每当此全加器计满引起溢出每当此全加器计满引起溢出, 溢出脉冲有效的通过脉冲删溢出脉冲有效的通过脉冲删 除电路除电路.即从即从VCO的输出脉冲的输出脉冲 中删除一个脉冲中删

24、除一个脉冲. l所以在溢出输出的输入周期所以在溢出输出的输入周期 中中.程序分频器计有程序分频器计有N+1个个 VCO输出脉冲输出脉冲. 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 l举例举例: l在每个输入信号周期中在每个输入信号周期中, 寄存器寄存器F有有0.1个数值输入个数值输入 十进制全加器十进制全加器,通过相位通过相位 累加器又反馈到全加器累加器又反馈到全加器 中中.则在每则在每10个输入信号个输入信号 周期后周期后,全加器就溢出一全加器就溢出一 次次,相当于程序分频器计相当于程序分频器计 有有N+1个个VCO输出脉冲输出脉冲, 即即N+1分频分频.于是于是,10个周个周 期进行平均期进

25、行平均,得到输出信得到输出信 号频率号频率: 0 9(1) (0.1).1 10 rrr NN ffNfNf 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 l举例举例寄存器中存有寄存器中存有0.32数值数值,则每个输入信号周则每个输入信号周 期内期内,0.32的值均被送到全加器和相位累加器中的值均被送到全加器和相位累加器中,全全 家器从家器从0到到4个信号输入周期中个信号输入周期中,应溢出一个脉冲使应溢出一个脉冲使 VCO减减1,而全加器中剩下而全加器中剩下0.28,即即 0.324-1=1.28-1=0.28 l 于是再经过于是再经过3个周期个周期,全加器再次溢出全加器再次溢出,剩余剩余0.24.

26、 即即:0.28+0.323-1=0.28+0.96-1=1.24-1=0.24 l这样继续下去这样继续下去,经过经过25个输入信号周期个输入信号周期,全加器呈全加器呈 现现8次溢出次溢出,最后使全加器和相位累加器恢复到最后使全加器和相位累加器恢复到0, 完成一个小数计数循环完成一个小数计数循环. 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 3-4-1 小数分频频率合成器基本原理 l于是在经过于是在经过25个输入信号周期中平均个输入信号周期中平均,得到压控得到压控 振荡器的输出频率振荡器的输出频率fo为为: 0 3(1)2(1)2(1) 25 r NNNNNN ff 258 .32 25 rr N

27、 fNf l此频率合成器的特点此频率合成器的特点:解决了高的鉴相频率和解决了高的鉴相频率和 小的频率间隔的矛盾小的频率间隔的矛盾. 3-5 频率合成器的设计 l工程设计应全面考虑各种因素限制工程设计应全面考虑各种因素限制,实际情况作出决定实际情况作出决定, 并进行装备调试并进行装备调试. 3-5-1 频率合成器的设计步骤 l1.若不采用小数频率合成器若不采用小数频率合成器,一般应该选用一般应该选用 l2.若采用小数频率合成器若采用小数频率合成器,应该先决定小数位应该先决定小数位F,然后根据然后根据 要求的要求的 ,来决定基准频率来决定基准频率 l即即, r ff f r f r f f F 一

28、般一般F是小数位数是小数位数,(用用 等表示等表示) 12 1010 例如例如:小数位数为小数位数为4位位.频率间隔为频率间隔为10Hz. 一一.在给定技术指标时在给定技术指标时,确定标准频率确定标准频率 r f 3-5 频率合成器的设计 4 10 100 10 r fHz fKHz F l二二.根据技术指标要求根据技术指标要求,决定程序分频器的分频比决定程序分频器的分频比N. 0max max r f N f 0min min r f N f 0max0min ff 0min min r f N f 为频率合成器的输出频率覆盖范围为频率合成器的输出频率覆盖范围 3-5 频率合成器的设计 l1

29、.如果如果 超过超过VCO的调谐范围的调谐范围,必须采用划必须采用划 分频段的分频段的VCO,这样可以降低压控灵敏度这样可以降低压控灵敏度Ko,以改善质以改善质 量指标量指标. l2.VCO调谐范围应满足环路的工作需要调谐范围应满足环路的工作需要,通常选择为通常选择为: 0max0min ff 0max0min00min0max 22fffff l三三.计算所需压控振荡器的调谐范围计算所需压控振荡器的调谐范围 3-5 频率合成器的设计 0max0min 0 21 ff K VV l其中其中,V1,V2为环路滤波器输出误差控制信号的变换范围为环路滤波器输出误差控制信号的变换范围 3-5 频率合成

30、器的设计 l3.如果采用的是变容管调谐如果采用的是变容管调谐,VCO调谐范围还需要满足调谐范围还需要满足 变容管的调谐容限变容管的调谐容限. 0max 0max 2 0min0min n cj cj VV f fVV l其中其中,Vo为变容二极管的扩散电位为变容二极管的扩散电位 ln为变容指数为变容指数 lVcjmax为变容管调谐可以运用的最高电压为变容管调谐可以运用的最高电压. lVcjmin为变容管调谐可以运用的最低电压为变容管调谐可以运用的最低电压. l且且Vcjmax和和Vcjmin应该选在变容管的非线性区域应该选在变容管的非线性区域. 3-5 频率合成器的设计 l四四.选择最佳阻尼系

31、数选择最佳阻尼系数 l(1)阻尼系数阻尼系数 太大的话太大的话, 过大过大,将使环路的低通性将使环路的低通性 能变差能变差. l(2)阻尼系数阻尼系数 太小的话太小的话,滤波器特性有较大的过冲滤波器特性有较大的过冲,将将 使捕捉时间加长使捕捉时间加长.通常应该选择在通常应该选择在 l一般选择在最佳起始点一般选择在最佳起始点 l或选择在最佳值或选择在最佳值 c n 0.5 1.5 min 0.707 1 opt 3-5 频率合成器的设计 l四四.选择最佳自然角频率选择最佳自然角频率 l 的大小同样影响捕捉时间和滤波性能的大小同样影响捕捉时间和滤波性能. l为了保证环路对为了保证环路对 成分的很好

32、抑制成分的很好抑制, 应该远小于应该远小于 l一般按照以下三个原则确定一般按照以下三个原则确定: l1.当选定阻尼系数和环路等效带宽当选定阻尼系数和环路等效带宽BL时时,高增益的二阶高增益的二阶 环可按照下列决定环可按照下列决定,即即 n n r n r 2 8 14 L n B 3-5 频率合成器的设计 l2.当选定阻尼系数当选定阻尼系数 和环路截止频率和环路截止频率 ,高增益的二阶高增益的二阶 环可按照下列决定环可按照下列决定,即即 l3.当选定阻尼系数当选定阻尼系数 和给定快捕时间和给定快捕时间ts ,高增益的二阶高增益的二阶 环可按照下列决定环可按照下列决定,即即 c 1 222 2

33、21(21)1 c n 4 n s t 3-5 频率合成器的设计 l六六.确定鉴相器灵敏度确定鉴相器灵敏度Kd l鉴相器的鉴相灵敏度与所选用的鉴相器有关鉴相器的鉴相灵敏度与所选用的鉴相器有关. l1.如果采用二极管平衡鉴相器如果采用二极管平衡鉴相器,则具有正弦特性鉴相灵则具有正弦特性鉴相灵 敏度敏度 l2.如果采用如果采用ST002数字电压型鉴相器数字电压型鉴相器 01 1 2 dm KK V V 0.75 22 m d V V K rad 3-5 频率合成器的设计 l七七.确定环路的滤波参数确定环路的滤波参数(以高增益有源滤波器为例以高增益有源滤波器为例) l1.根据前面确定的参数根据前面确

34、定的参数 来确定来确定 l即即 l1.根据前面确定的参数根据前面确定的参数 来确定来确定 0, , dn KK 1 0 112 max d n K K R C N , n C 2 R 2 2 n R C 如果还有其他技术要求如果还有其他技术要求,需很据实际情况进行调整需很据实际情况进行调整. 一、概述 直接数字频率合成法又称为计算频率合成法。直接数字频率合成法又称为计算频率合成法。 定义：直接数字频率合成器（定义：直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis简简 称称DDS或或DDFS） DDS是一种把一系列数字量形式的信号通过数模转换器是一种把一系

35、列数字量形式的信号通过数模转换器 转换乘模拟量形式的信号的频率合成技术。转换乘模拟量形式的信号的频率合成技术。 依托技术：依托技术： 1、高速数字电路技术、高速数字电路技术 2、高速、高速D/A技术技术 3、计算机技术、计算机技术 3-6 直接数字频率合成法直接数字频率合成法 DDS技术的优点：技术的优点： 1、频率范围宽、频率范围宽 2、连续的相位变换方式、连续的相位变换方式 3、频率转换速度快、频率转换速度快 4、频率分辨率极高、频率分辨率极高 5、信号输出质量高、信号输出质量高 6、可产生各种类型的信号、可产生各种类型的信号 DDS是一种性能优越的现代频率合成技术。是一种性能优越的现代频

36、率合成技术。 DDS技术应用越来越广。技术应用越来越广。 DDS的两种基本合成方式： 1、利用计算机计算瞬时正弦函数幅值，实时送入 D/A转换器，从而产生所需频率的信号。 优缺点： 电路简单、成本低、频率分辨率高，产 生频率不高。 二、DDS的基本工作原理 2、利用硬件电路取代计算机的运算，将正弦函数 幅值存入存储器中，通过地址扫描将数据送入 D/A转换器，产生所需频率的信号。 优缺点： 电路集成度高、频率分辩率高，产生频率高。 目前应用广泛。 DDS的理论依据： 奈奎斯特取样定理 工作原理介绍： 1、正弦函数表的建立 2、原理 3、原理框图 4、调谐方程 1、正弦函数表的建立 将一个周期的正

37、弦波信号，沿其相位轴方向，以 等量的相位间隔，对其进行相位/幅值取样，得到一 个周期内正弦波信号的离散相位幅值序列。再将该 序列量化，转换成二进制量，就构成了正弦函数表。 2、原理 正弦信号的频率可以用相位斜率来表示： = / t a、 不变， t 变化，则频率改变； b、 t 不变， 变化，则频率改变； DDS 就是运用此原理。 目前广泛应用的是方法 b 的思想。 3、原理框图 频 率 码 低通滤波器 变址相位累加器 只读存储器（正弦表） 数模转换器 输出 信号 时钟信号 D/A 4、调谐方程 设取样时钟不变，其周期为Ts, 则其频率为 fs = 1/Ts 则输出信号频率为 = / T =

38、/ Ts = fs 则输出信号频率 = / T = 2 K / N Ts = 2 K fs/ N 即 f。 = K fs / N 称为DDS的调谐方程，其中K为频率码 设N为输出最低频率时一个周期内的取样点数， 则输出最低频率时取样的相位间隔 L = 2/ N 实际输出时的相位间隔为L 的整数倍，假设为K倍 即 = K L = 2 K / N 三、DDS的特点 1、DDS合成信号的频率稳定度由参考时钟决定； 2、提高频率分辨率在技术上极为简单； 3、DDS是一个开环系统，频率转换时间快； 4、输出频率变化时，相位可连续变化； 5、输出频率范围宽； 6、在所有频率点上，输出信号幅度平坦； 7、全

39、数字器件多，体积小、易于集成，几乎无需调试； 8、对屏蔽要求不高； 四、一种DDS 器件介绍 DDS频率合成器AD9850的原理与应用 AD9850 美国AD公司的高集成度频率合成器 AD9850直接数字频率合成器性能指标： 1、125MHz时钟频率； 2、内含10bit高速D/A和高速比较器； 3、32位的频率控制字，5位相位控制字； 4、并行或串行的控制接口； 5、+5V 或 +3.3V单电源供电 6、低功耗（工作在125MHz时，功耗为380mW 工作在110MHz时，功耗为155mW ） AD9850组成框图 AD9850功能图 引脚说明： CLKIN NO.9 外部参考时钟输入 RS

40、ET NO.12 DAC外部电阻连接脚 AGND NO.10、19 模拟电路地 DGND NO.5、24 数字电路地 DVDD NO.6、23 数字电路电源 AVDD NO.11、18 模拟电路电源 W_CLK NO.7 控制字输入时钟 FQ_UD NO.8 频率更新时钟 D0 D7 NO.1 4、25 28 8位数据输入 RESET NO.22 整片复位 IOUT NO.21 DAC的模拟输出 IOUTB NO.20 DAC的模拟输出 DACBL NO.17 DAC基准参考电压 VINP NO.16 比较器的同相输入 VINN NO.15 比较器的反相输入 QOUT NO.14 比较器的输出 QOUTB NO.13 比较器的补充输出 AD9850有40位控制字 其中：32位用于频率控制，5位用于相位控制， 1位用于电源休眠控制， 2位用于选择工作方式 AD9850用5位控制相位，允许相位按增量1