基于DDS频率源的设计与实现

2013-04-25 12:44:52来源: 电子科技
    频率源是现代射频通信系统的核心,对系统的运行起着决定性作用。射频电路频率源的好坏关系着整个系统的稳定性。目前频率合成技术正朝着杂散和相位噪声更低的方向发展,同时还要求有更宽的频带和更高的频率分辨率。直接数字频率合成(DDS)正是在该需求背景下发展的,其具有微小的频率调谐和相位分辨能力。融合了模拟和数字技术的DDS是产生高质量高频谱纯度宽频带频率的理想方法。
    文中基于ADI公司的AD9912芯片提出一个直接频率合成方案,输出频率范围为170~228 MHz,频率步进12.5 kHz,相位噪声优于98 dBc /Hz@1kHz。

1 DDS基本工作原理
   
直接频率合成器DDS是一种高分辨率的数字分频器。通过频率调节字来分频系统时钟,以输出所需的频率。DDS有两个特点:(1)工作在数字域,其输出频率相位和幅度可在数字处理器的控制下,精确、快速地变换。(2)频率分辨率主要取决于频率调节字的位数,因此可达到较高的频率分辨率。DDS基本原理框图如图1所示,其主要包括:相位累加器、相位-幅度变换器、数/模变换器和低通滤波器。

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1.1 相位累加器
   
对于正弦波而言,幅度不是线性变化的,而相位却是线性变化的,这便是DDS能够合成正弦波的基础。DDS依据频率调节字的位数M,将0°~360°的相位变化平均分成2M等份。假设系统参考时钟为fc;输出频率为fout在每个时钟周期转过一个角度360°/2M,则可产生一个频率为f/2N的正弦波的相位增量。因此,只需选择恰当的频率调节字K,使得fout/fc=K/2M,即可得到输出频率。
    fout=(K×fc)/2M      (1)
    可以得到DDS的最小频率分辨率为
    △f=fc/2M            (2)
1.2 相位幅度转化器
   
根据相位累加器的输出,得到所需合成fout频率所对应的相位信息,是将累加器输出的数字相位信息变换成正弦波相应的幅度值。将正弦波相位到幅度的转换可通过查表操作完成,然后正弦波幅度数值以二进制的形式被送入DAC进行数模转换。
1.3 DAG数模变换器
   
从相位幅度转换器得到的二进制数字信号被送入数模转换器中,变换成模拟信号输出。此处DAC变换器的位数对输出频率的分辨率并无影响,但DAC变换器的位数应将不低于二进制数字信号的位数,这样输出频率的分辨率主要由频率调节字的位数决定。

2 DDS的局限性
2.1 输出频带范围有限
   
由于DDS内部DAC和波形存储器(ROM)的工作速度限制,使得DDS输出的最高频有限。目前市场上采用CMOS、TTL和ECL工艺制作的DDS芯片,工作频率通常在几十~400 MHz。设计采用的AD 9912芯片,其支持的最高时钟高达1 GHz,根据奈奎斯特采样定理,每周期的采样点≥2,则其输出的最高频率≤500 MHz。实际上,为保证输出波形的质量,实际采样点>2,因此AD9912能够输出的最高频率<400 MHz。
2.2 输出杂散大
   
由于DDS采用全数字结构,从而不可避免地引入了杂散输出。DDS杂散输出的来源有3个:相位累加器相位舍位误差造成的杂散;幅度量化误差造成的杂散和DAC非理想特性造成的杂散。

[1] [2] [3]

关键字:DDS  频率源  AD9912

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0425/article_7222.html
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