直接数字频率合成.ppt

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1、直接数字频率合成1引言在现代雷达、通信、电子对抗等系统中频率源有着广泛的应用，是众多应用电子系统实现高性能的关键因素之一，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所使用的频率源的性能。随着应用频率和精度要求的不断提高，传统的晶体振荡器直接输出频率已不能满足要求。因此，大量的频率合成（FS，FrequencySynthesis）技术得以广泛的使用。频率合成通过对一个或多个高稳定度和精确度的参考频率源进行加、减、乘、除运算得到所需的频率。频率合成（FS）的方法很多，按其工作模式可以分为：模拟合成和数字合成两种；按其实现的手段可以大致分为：直接合成和锁

2、相环合成两种。目前应用较多的频率合成方式主要有：直接模拟合成，锁相环合成（PLL，phaseLockedLoop）和直接数字合成（DDS，DigitalDirectSynthesis）。直接数字频率合成器（DirectDigitalFrequencySynthesis简称DDS或DDFS）问世之初，构成ＤＤＳ元器件的速度的限制和数字化引起的噪声这两个主要缺点阻碍了ＤＤＳ的发展与实际应用。近几年超高速数字电路的发展以及对ＤＤＳ的深入研究，ＤＤＳ的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器

3、得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。现已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。原理一个频谱纯净的单频信号可表示为特性：相位是时间的线性函数。即若对上述单频信号进行采样，采样频率为则可得离散的波形序列(n为自然数）DDS的组成参考时钟：由一个高稳定的晶体振荡器产生，用它来同步整个合成器的各个组成部分；相位累加器：完成相位的累加；正弦/余弦转换：完成相位码——幅度码变换；DAC：将幅度代码转换成模拟电压；低通滤波器：将阶梯波转换成所需模拟电压。各部分的作用相

4、位累加器组成K工作原理：类似于一个简单的计数器。每来一个时钟脉冲，加法器就将频率控制字Ｋ与相位寄存器中的数据相加。相位寄存器可以将加法器在上一个时钟作用后产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续将相位数据与频率控制字相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下进行线性相位累加。当相位累加器达到上限时，就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是合成信号的一个周期，累加器的溢出频率也就是ＤＤＳ的合成信号频率。DDS的工作过程在参考时钟ｆc的控制下，频率控制字Ｋ送入相位累加器。用相位累加器的输出作为正弦查找表的查找地

5、址对正弦ＲＯＭ表进行查找。ROM表中的每个地址代表一个周期的正弦波的一个相位点，每个相位点对应一个量化振幅值。因此，这个查找表相当于一个相位／振幅变换器，它将相位累加器的相位信息映射成数字振幅信息。查找后的数据再经过Ｄ／Ａ转换器得到相应的阶梯波；最后经低通滤波器对阶梯波进行平滑处理，即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。DDS的性能分析1、输出频率相对带宽较宽，输出频率带宽为50%fs（理论值）。但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，实际的输出频率带宽仍能达到40%fs。2、频率转换时间短DDS是一个开环系统，无任何

6、反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。事实上，在DDS的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加，才能实现频率的转换。因此，频率时间等于频率控制字的传输，也就是一个时钟周期的时间。时钟频率越高，转换时间越短。DDS的频率转换时间可达纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要短数个数量级。DDS的性能分析3、频率分辨率极高若时钟fs的频率不变，DDS的频率分辨率就是则相位累加器的位数N决定。只要增加相位累加器的位数N即可获得任意小的频率分辨率。4、相位变化连续改变DDS输出频率，实际上改变的每一个时钟周期的相位增量，相位

7、函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。5、输出波形的灵活性只要在DDS内部加上相应控制如调频控制FM、调相控制PM和调幅控制AM，即可以方便灵活地实现调频、调相和调幅功能，产生FSK、PSK、ASK和MSK等信号。另外，只要在DDS的波形存储器存放不同波形数据，就可以实现各种波形输出，如三角波、锯齿波和矩形波甚至是任意的波形。当DDS的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时，既可得到正交的两路输出。DDS的性能分析DDS的局限性（1）输出频带范围有限由于DDS内部DAC和波形存储器（ROM）的工作速度限

8、制，使得DDS输出的最高频有限。目前市场上采用CMOS、TTL、ECL工艺制作的DDS工习片，工作频率一般在几十MHz至4