现代通信中的频率合成技术

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1、现代通信中的频率合成新技术摘要：木文对通信中应用广泛的变模锁相频率合成、直接数字频率合成、混合式频率合成等三种频率合成的新技术进行了分析，并对每种技术的特点、应用动态和前景进行了描述。关键词：频率合成；变模锁和频率合成；直接数字合成；混合式频率合成引言频率介成器作为i种相位锁立装置，是一种频率稳定度较高的离散间隔型频率信号发牛器。它被广泛地应用在通信、雷达、仪器仪表、高速计算机及导航系统小。近儿年，在快速发展的无线通信技术的带动卜频率合成技术在通信屮的作用日益显著。由于大部分收、发信机的载波源都是用频率合成方法实现的,而载波源的性能又是影

2、响发射机输出频谱纯度和接收机灵墩度的关键因索Z—,因而设计一个低成本、高性能、小体积的频率介成器常常是许多RF工程师所追求的目标。频率合成器经过几十年的发展，形成了四种主耍技术，即：肖接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字频率合成技术和混合式频率合成技术。木文，仅结合通信应用的实际情况对频率合成的最新进展进行讨论。变模锁相频率合成技术满足移动通信需求的低功耗、低成木、大容量高频频率合成芯片，大多采川变模技术的锁相坏频率合成技术，以实现在输出较髙频率的同时又能获得较小的输出频率间隔。该种技术的工作原理如图1所示。图屮虚框所示即为分频器，

3、它包括一个变模分频器和两个可编程分频器。随模式控制高、低电平的不同，变模分频器采用两个不同的分频模数P+1和P。变模分频器的输出同时驱动两个可编程分频器,它们分别预置在A和B(A

4、器重新世为A和B,同时将模式控制恢复为高电平。通过这一完整的周期可看出这种合成器的分频比为：N二(P+1)A+P(B-A)二PB+A。而频率分辨力为f「。该频率合成器的工作原理为：压控振荡器输出的信号经N次分频后送入鉴和器中作为一路鉴和信号，参考晶振输出的标准信号经参考分频器R次分频后送到鉴相器屮作为另一•路鉴相信号。图1采用变模技术的锁相式频率合成器设计方案鉴相器输出的反映两路鉴相信号相位误井特性的电流序列脉冲经电荷泵的作用输入到低逋滤波器屮，低通滤波器将电流转换成VC0的控制电压，同时对噪声及鉴和输出的纹波等干扰进行抑制，VC0输出与

5、其输入端控制电压相应的工作频率。日前牛产这类频率合成器的著名厂商有Zarlink公司、AnalogDevices公司、NationalSemiconductor公司、Qualcomm公司、Intersil公司、富士通公司、Philips公司、Infincon公司等。这些芯片人都包含了图1所示的除低通滤波器和VCO外的所有功能单元，能工作在从很低频率到2.5GI1Z的宽频率范围内，具有非常低的噪声特性，并能通过芯片的数字接口对A、B、R、P等寄存益进行预置或改变，从而很方便地获得不同的输出频率。这其屮ADI公司的ADF4000系列、NS公司

6、的锁相频率合成系列，都含有二十个左右的品种可供选择，不仅覆盖了0至U3GHz的宽频率范围，而且ADF4106芯片放高工作频率可达6GHz。另外，这些公司的许多芯片都集成了中频和射频两个频率合成模块。采用一片这样的芯片，外加两个低相位噪声的VC0和几个用來构成低通滤波器的电阻、电容，就可以同时输出射频和中频两路载波，大大减小了线路板的面积和成木。冃前这类频率合成器己被广泛地应用在GSM与CDMA移动通信的基站和于■持设备、无线扩频中继设备及无线局域网络中。锁相式频率合成器能达到很高的输出频率；具有低和位噪声、低杂散、易于集成、体积小、生产相

7、对较简单、成本低等特点。但其难以实现很小的输出频率间隔，频率转换时间较长，口前最快达微秒级。直接数字频率合成技术直接数字合成（DDS）技术是随着集成电路技术、计算机技术和数字处理技术的迅速发展而诞生的一种频率合成方法。典型的直接数字频率合成器的构成如图2所示。在图2所示的DDS中，其核心是一个相位累加器（如虚框所示），它由一个加法器和一个N位的相位寄〃器纽成。在合成器工作Z初，系统将DDS输出频率值对应的相位增存储在频率控制寄存器屮。每來一个时钟脉冲，系统从频率控制寄存器小取岀相位增疑值M,并与相位寄存器屮的相位值相加，相加的结果一方而存

8、储在相位寄存器中为下-•次累加作准备，另一方而与相位控制寄存器屮的相位值相加后输入到正弦杳询表的地址上。正弦査询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0。、360。范围的一