dds信号频谱的杂散分析与抑制方法研究

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1、DDS信号频谱的杂散分析与抑制方法研究　　摘要：DDS技术具有高分辨率、快速转换、相位连续可控等优点，但也存在因相位截断、幅度亮度与DA转换器的非线性因素等误差造成的杂散。针对DDS信号频谱杂散的原因进行了分析，并对相关抑制方法加以介绍，对各类抑制方法的特点进行了综述。　　关键词：DDS；信号预谱；杂散　　中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0025-02　　0引言　　DDS（DirectDigitalSynthesis，直接数字频率合成）技术与传统的频率合成技

2、术最大的区别是通过相位的运算实现频率的合成。它具有极高的频率分辨率、极快的转换速度及输出相位连续可控等明显优点，目前在仪器仪表、雷达、通信与电子仪器等各个领域广泛使用。但DDS技术也有瓶颈所在，即输出杂散大和输出带宽窄，这两个技术劣势是阻碍DDS深入推广的关键因素。　　造成DDS杂散的主要因素有以下3个：相位截断、幅度量化与DA转换器的误差。除了这3个主要原因之外，本文对其它影响频谱的杂散来源进行分析，并从原理上深入探讨，同时结合目前广泛使用的各种抑制策略，针对杂散起因，分门别类地改善信号的频谱纯净度，达到杂

3、散抑制效果。　　1DDS基本工作原理6　　DDS技术是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。它的主要组成为相位累加器、ROM波形查询表、数模转换器。其基本框图如图1所示。　　图1DDS组成基本框图　　DDS中的累加器使用二进制计算，线性数字信号通过相位累加器实现逐级累加，每累加一次即做一次2N模的运算得到当前相位值。并以当前相位值查询ROM波形表中对应存储的波形幅度值，送入DA转换器中转换为模拟信号，最后通过低通滤波做平滑处理。　　不妨设正弦信号S（t）的表达式为：S（t）=Asin（2πft+0）（

4、1）其中，A为振幅，f为频率，0为初始相位。信号的频率与初始相位无关。通过改变频率控制字K的大小实现对频率的控制，输出的频率随K成正比连续变化。一般最低的输出频率为：fmin=1122Nfc（2）由奈奎斯特抽样定理知，为了保证信号不发生重叠，最高频率的理论值是DDS芯片时钟频率（Fs）的50%，即：fmax≤1122fc（3）但是考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制，实际的输出频率按照40%处理。　　2杂散分析　　理论上的DDS频谱为无舍位行为，相位累加器所有输出位都可用于ROM寻址；RO

5、M存储正弦值的模拟值不存在幅度量化误差；DAC器件和LPF性能完美无缺，不存在非线性问题。但事实上以上条件无法根本满足，因此造成DDS频谱的杂散问题，其主要原因分析如下。　　2.1量化误差6　　波形以二进制数表示单元字长存储在ROM中，用离散模型来描述连续模型必然会存在幅度截断误差，这种误差即表述为DAC幅度量化误差。该误差通常认为是DAC分辨率不够引起，也可认为存储深度不够引起。幅度量化误差在DDS输出的频谱上表现为背景噪声，相关分析可称之为DDS的背景杂散分析。　　2.2相位截断误差　　相位累加器输出的序

6、列位数比较长，如果以此作为地址查询正弦函数表的话，势必对波形ROM的容量有了很大的要求，硬件上难以满足，因此只取用累加器输出序列的高几位用于查表，低位舍去。所以必然会造成误差从而影响最终的输出信号频谱。正弦信号上引入余弦分量，从而造成时域上的叠加必然表现为频域上的杂散。　　2.3DAC的非理想特性　　DAC器件在输出波形时会产生一定的谐波分量与相应的镜像分量，这些杂散分量由于工艺与性能的不同产生不同的杂散电平，均在不同程度影响DDS信号输出的纯净度。因此全面来看，实际中的DAC器件会因其瞬间毛刺、数字噪声馈通

7、、有限分辨率、非线性特性和转换速率等非理想转换特性产生了杂散分量，引入了D/A转换误差，从而使DDS输出的信号失真。　　3抑制方法　　综上所述，引起杂散的原因有多种，其中因误差导致的杂散无法避免，研究者采取了各种方法尽可能地减少误差。　　3.1针对幅度量化造成杂散的抑制方法6　　对于因幅度量化造成杂散的问题，可以通过增大DAC器件的内存容量来实现。目前电子厂商生产的DAC器件ROM值越来越大，带宽bit值也越来越大，转换速度越来越快，在硬件上对杂散的产生起到了一定的抑制作用。　　一部分学者通过不改变硬件条件下

8、，通过其他技术手段实现存储容量的增加。对DDS的波形存贮表采用幅度表压缩技术是降低杂散的主要方法之一。理论分析表明，DDS的相位截断每减少一位，杂散抑制可改善约6dB，而每当波形存储表压缩一倍，就等效于减少了一位相位截断。因此，将幅度表进行压缩，就相当于增大了ROM表寻址空间，DDS输出频谱将进一步得到改善。　　不少学者对此进行专项研究，例如早期有研究者利用三角函数的对称性，存储2π波形中的[0，π