




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、中国科技袁在线http:/.uvav paper DDS工作原理及性能分析夏金环北京邮电大学信息工程学院100876E-nwil: xcherubsoul 摘 要:首先介绍了直接数字频率合成(DDS )技术的基本原理和理想情况下DDS的输出 信号频谱结构.分析了 DDS器件的性能,主要说明了 DDS的误差信号来源,包括相位累加 器的相位截断误差,幅度量化的有限长效应和DAC的非理想特性等.关養词:DDS;杂散抑制;相位截断;量化误差1.引言直接数字介成技术(DDS)是一种新申的频率介成技术,它貝有频率分辨率高、频率 切换快、频率切换时相位连续等优点,因而广泛应用J:雷达、通信、电子対抗等电子系
2、统 屮。但是,DDS技术也有自身固令的弊病,它输出的信号中含有人最的谐波和杂散,这曾 一度限制了DDS技术的推广与W用。造成DDS信号杂散的因素主要有:相位截断效应,幅 度吊化效应以及D/A变换器的罪理想特性。对这些因索如何产生的深入分析,是我们仃效利 用DDS器件的基础叭2. DDS的基本原理DDS技术是一种把一系列数字彊形式的信号通过DAC转换成模拟彊形式的信号合成 技术。日前便用般广泛的一种DDS方式是利用高速心储器作查找表,然后通过岛速DAC 产生已经用数字形式存入的正弦波。DDS的理论基础是Shannon抽样定理。抽样定理内容是:当抽样频率人J;等J;模拟信 号频率的2倍时,可以由抽
3、样得到的离散倍号无失真地恢复原始信号。在DDS中,这个过 程被颠倒过来了。DDS不足刈一个模拟信兮进彳亍抽样,而足一个假定抽样过程已经发生且 抽样的值已经吊化完成,如何通过某种映射把已经帚化的数值送到D/A及后级的LPF匝建 原始信号的问题。频率控-相位诙波形存数模转低通滤输出制字P加字储器换器)波器1I4系统时钟图1 DDS族本廉艸框图止弦输出的DDS原理框图如图1所示。图中的系统时钟及参考频率源为周稳定度的晶体振荡器,其输出用J - DDS +各器件同步工作。DDS工作时,频率控制7 FCW在每一个时钟周期内与相位累加器累加一次,得到的相位值(02兀)在毎一个时钟周期内以二进制 码的形式去
4、寻址正弦查询表ROM,将相位信息转变成相应的数字化正弦幅度值,ROM输出 的数7:化波形庁列再经数模转换器(DAC)实现赧化数/信匕到模拟信号的转变,股后 DAC 输出的阶梯序列波通过低通滤波器(LPF)平滑滤波后得到-个纯净的正弦信兮。DDS的频率分辨率为中国科技袁在线http:/.uvav paper 中国科技袁在线http:/.uvav paper DDS的输出频率为中国科技袁在线http:/.uvav paper 式中:为DDS的输出频率:/为参考时钟频率;N为相位累加器长度位数;K 为频率控制字。通常,相位累加器位数较人,例如N=32或48,故JIJ DDS技术能得到较衙 的频率分辨
5、率。3. DDS的性能分析3.1 DDS理想抽样频谱从数学模型角度分析,DDS是-个离散时间序列到模拟波形信匕(通常为阶梯波)的 转换器。所谓理想条件足指不右虔工程实现过程中各因索影响,仅把DDS看作是-个数模转 换器。假设系统时钟巫复频率为f ,输岀为单-点频频率/o,其他物理砒如图1。则理想 DDS的输岀序列为/()= cos(2;r/o7) =2龙cos If2"利用Fourier变换,可得起输出频谱为X(Q)二穴 exp 号厂 Eb(G-”69, + Qo)+5(Q-"69r-69o)Z/n=x 输出的采样频谱如图2所示叫CD科技袁在线http:/uv paper
6、由图2 口J知.理想DDS的输出信号频谱以Sine曲数为包络,输出信号包含以卜频率分杲:f = nf±fQ.当n=0时,取得频率控制字K对应的理想输出频率仁。杂散分最/ - /o对输出信号质最彩响最为严重。当仁趋近J-人也趋向F %两者很难区分开,信号质届无保证。为了使低通滤波器仃效地滤出杂散,一般小r3.2 DDS杂散频谱分析杂散频率主要拆输出频率屮的离散寄生分帚。DDS的杂散产生原因包括3个方面: DDS的相位截断效应:数模转换器的届化噪声:数模转换器的非线性效应。3.2.1相位破断对输出信号频谱的影响在实你皿用中,为了提高频率分辨率,相位累加器的位数N尽彳做得很人,这就耍求 R
7、OM的容吊很人。汨N=32时,就需:耍ROM的容彊达4GB,这在实线上是很困难的。一般 都是用相位序列的高A为寻址,舍去相位序列的低E (=N-A)位。这就造成每一次相位累加 的输出与没有截断的结果会有-个偏差,进而在相位幅度量化单元也会有误差。由丁相位 是以2 Ji为周期的,则此误差也具仃周期性,利用Four好变换可得到,杂散电平最人值相对 输出信号电平低6.02 x A dB,根据代数理论,杂散最恶化的情况发生在频率控制字K与 2"小的址人公约数(K, 2“小)等J;2tv'4-11时。利用Fourier变换,町得到考电相位截断效应后DDS的输出频谱为3CD科技袁在线ht
8、tp:/Aww paper /X(Q)=兀5(e + CDq) + §9 - 69。) + 2 TT歼exp二乙-exp(问CD科技袁在线http:/Aww paper +x +8S S2一mcoT-na)r+0o)+5(°-加a)T-ncOr-q。)】m=x h=-oc输出信号频谱杂散分磺I分丰必 并且仃人彊的频率Z落在0, fZ间,从理论上也无法 将氏完全滤掉由不同的输出频率实频谱结构也会不同,这就为提高信兮质员增加了难度。322数模转换器的量化噪声ROM数据位宽的有限使紂DDS输出的信号为阶梯波。这将对输出信号引入棉度杲化误差即5)。设ROM数据位宽为D.不考虑相位截
9、断效应,幅度吊化误差表示为:於少-尹12*(2学冇】丄的由取整函数皿(.)的性质町知,谋差两数&W)是一个位区间 随机序列,概率密度服从均匀分布,幅度吊化对信号频谱的影响可以!/l J'-lJ噪声。但是卅K和2"成整数比例关系时,由噪声信号表达式可知,多个周期的噪用具有聲复性,因此噪声 分布也其白一定的周期性。另外,采用卜述方法能改善由数模转换器眾化噪声带來的朵散影 响:选择分辨率岛的数模转换器;尽量提高DDS的系统时钟;提高幅度量化的M 度比。3.2.3 D/A非理想特性及参考时钟相位噪声刘输出信号频谱的影响D A的僅理想特性主要包括动态口线性、静态罪线性、仃限分辨
10、率及内部闪烁噪声等。 D/A的非理想特性难建模,不同的器件性能齐异,只能根据貝体的器件参数分别考虑。而 且D/A对输出信号频谱的影响跟相位截断效应和幅度磺化误差比起來是很小的。只冇在对 信巧质乗耍求非常高的W用屮才根据貝体情况对这个问题进行深入的研究。这也是为什么在 DDS技术发展的二十多年|用,对这个问题的研究不是很多。随着电子制作T艺的迅狐发展, D/A器件的非理想特性逐渐得到完善,一般町以通过选用高性能的D/A器件来满足应用的 要求。参考时钟的相位噪声会传递到输出信号中去。DDS实际上叮以看作一个分频器。从理 论上來说,输出信号的相位噪声会对参考时钟的相位噪声仃201og(% )dB的改
11、善。在对 DDS信号频谱作理论分析时,这些都不是主要的研究对彖,但是在实际应用中,尤梵是在 对信号质炭有苛刻耍求的场合,这些因素的影响必须引起車视。4.结束语本文从DDS的族本原理出发,分析了 DDS的性能,主耍从DDS的杂散性能考虑。DDS 已经成为频率介成器的主流,如何仃效抑制DDS的杂散性能以及和PLL联介使用,优势互 补充分发挥DDS的性能仍然值得研究。参考文献1 吕庆等 対DDS杂散信号抑制的分析和仿真 宙达科学与技术Vbl.l No.3 2003年10丿2 张若禹等DDS频谱分析与杂散预测软件包 装务指挥技术学院学报 Vol. 16 No 42005年4月3 Analog Devi
12、ce. Inc A techiucal tutonai on digital signal synthesis EB OL. hup www analog coni. 1999-12-024 刘朝军DDS输出信号频谱结构的系统分析 国防科技人学学报 Vol.27 No.6 2005年5 金数波等和位舍位对克接数字频率合成器杂散性能的影响!系统丁程与电子技术2002年.24(10): 16-18The Analysis of the principle and performance of the DDSdeviceXia JniliuanBeijing university of Posts
13、and TeleconiniunicatioiisAbstractThe fundamental theory of direct digital synthesizer (DDS) and the spectrum of the output signal under the ideal conditions are introduced firstly Then the characteristics are analyzed, and the error signal in engineering is described There are three main sources of spurious signal in DDS: the truncation of the phase accumulator bits in the sine ROM, the finite precision of
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 幼儿好汉歌课件
- 室外宣讲活动方案
- 安徽敬老活动方案
- 人力赋能春节营销
- 宜都开业活动策划方案
- plc考试题实训考试题及答案
- 定制活动送灯活动方案
- 安吉公司三日游活动方案
- LNG考试题及答案
- 管理培训课程开发
- 全国医疗服务价格项目规范(试行)
- 译林小学英语5B教材分析
- 江苏省常州市2024届高一数学下学期期末质量调研试题(含解析)
- 新标准大学英语(第二版)综合教程2 Unit 1 A篇练习答案及课文翻译
- 冀教版英语小升初模拟试卷
- 食品用塑料包装容器工具等制品生产许可审查细则
- 物流供应商运作考评标准
- 格宾挡墙结构设计计算书
- 招标投标活动异议和投诉处理工作规范
- 八年级上册物理教案全册
- (完整版)中国科大操作系统复习题解
评论
0/150
提交评论