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一種改善DDS性能的倍頻方法

發(fā)布時(shí)間:2007/9/8 0:00:00 訪問次數(shù):666

    摘要:介紹了一種利用倍頻的方法來改善DDS的上限頻率和雜散電平。首先對(duì)DDS的原理和雜散進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上提出了DDS倍頻模塊的原理方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試和測(cè)試,得到DDS的輸出頻率為198~220MHz,輸出功率為+8.0~+10.5dBm。

    關(guān)鍵詞:直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù) 晶體管 倍頻

近二十年來,隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一種新的頻率合成技術(shù)——直接數(shù)字合成(Direct Digital Synthesize)技術(shù)。DDS的出現(xiàn)導(dǎo)致了頻率合成領(lǐng)域的第二次革命。DDS具有相對(duì)帶寬很寬、頻率捷變速率快、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可輸出寬帶的正交信號(hào)、可編程、全數(shù)字化和便于集成等優(yōu)越性能。但是它的全數(shù)字結(jié)構(gòu)造成了DDS的主要缺點(diǎn):其一,根據(jù)取樣定量,輸出信號(hào)的最高頻率將低于參考時(shí)鐘的一半,故若要提高輸出頻率將受到器件(如DAC、ROM)的速度限制;其二,DDS輸出信號(hào)中雜散寄生分量大,其中輸出高頻尤其,它無法達(dá)到PLL頻率合成的頻譜純度;其三,DDS的功耗與其時(shí)鐘頻率成正比,故在供電受到限制的場(chǎng)合且又要求有較高的頻率輸出,DDS就有局限性。如何克服限制DDS廣泛應(yīng)用的主要缺點(diǎn),是當(dāng)前國(guó)際上DDS技術(shù)研究的主要課題。本文將利用倍頻的方法擴(kuò)展DDS的頻率上限和改善DDS雜散電平。

1 DDS的基本原理及其雜散電平

DDS的理論依據(jù)是奈奎斯特抽樣定理。根據(jù)該定理,對(duì)于一個(gè)周期正弦波連續(xù)信號(hào),可以沿其相位軸方向,以等量的相位間隔對(duì)其進(jìn)行相位/幅度抽樣,得到一個(gè)周期性的正弦信號(hào)的離散相位的幅度序列,并且對(duì)模擬幅度進(jìn)行量化,量化后的幅值采用相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼。這樣就把一個(gè)周期的正弦波連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一系列離散的二進(jìn)制數(shù)字量,然后通過一定的手段固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中,每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址即是相位取樣地址,存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是已經(jīng)量化了正弦波幅值。這樣的一個(gè)只讀存儲(chǔ)器就構(gòu)成了一個(gè)與2π周期內(nèi)相位取樣相對(duì)應(yīng)的正弦函數(shù)表,因它存儲(chǔ)的是一個(gè)周期的正弦波波形幅值,因此又稱其為正弦波形存儲(chǔ)器。對(duì)于一個(gè)連續(xù)的正弦波信號(hào),其角頻率ω可以用相位斜率Δφ/Δr表示。當(dāng)角頻率ω為一定值時(shí),其相位斜率Δφ/Δt也是一個(gè)確定值。此時(shí),正弦波形信號(hào)的相位與時(shí)間成線性關(guān)系,即φ=ω×Δt。根據(jù)這一基本關(guān)系,在一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)作用下,通過一個(gè)線性的計(jì)數(shù)時(shí)序發(fā)生器所產(chǎn)生的取樣地址對(duì)已得到的正弦波波形存儲(chǔ)器進(jìn)行掃描,進(jìn)而周期性地讀取波形存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù),其輸出通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器及低通濾波器就可以合成一個(gè)完整的、具有一定頻率的正弦波信號(hào)。

DDS的基本原理框圖如圖1所示。它主要由標(biāo)準(zhǔn)參考頻率源、相位累加器、波形存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通平滑濾波器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖的控制下,頻率控制字K由累加器得到相應(yīng)的相碼,相碼尋址波形存儲(chǔ)器進(jìn)行相碼-幅碼變換輸出不同的幅度編碼,再經(jīng)過數(shù)模變換器得到相應(yīng)的階梯波,最后經(jīng)低通波器對(duì)階梯波進(jìn)行平滑,即得到由頻率控制字K決定的連續(xù)變化的輸出波形。其中,參考頻率源一般是 一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器,其輸出信號(hào)用于DDS中各部件同步工作。因此,DDS輸出的合成信號(hào)的頻率穩(wěn)定度與晶體振蕩器是一樣的。相位累加器是實(shí)現(xiàn)DDS的核心,如圖2所示。它由一個(gè)N位字長(zhǎng)的二進(jìn)制加法器和一個(gè)由固定時(shí)鐘脈沖取樣的N位相位寄存器組成。相位寄存器的輸出與加法器的一個(gè)輸入端在內(nèi)部相連,加法器的另一個(gè)輸入端是外部輸入的頻率控制字K。這樣,在每個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí),相位寄存器采樣字K。這樣,在每個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí),相位寄存器采樣上個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)相位寄存器的值與頻率控

    摘要:介紹了一種利用倍頻的方法來改善DDS的上限頻率和雜散電平。首先對(duì)DDS的原理和雜散進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上提出了DDS倍頻模塊的原理方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試和測(cè)試,得到DDS的輸出頻率為198~220MHz,輸出功率為+8.0~+10.5dBm。

    關(guān)鍵詞:直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù) 晶體管 倍頻

近二十年來,隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一種新的頻率合成技術(shù)——直接數(shù)字合成(Direct Digital Synthesize)技術(shù)。DDS的出現(xiàn)導(dǎo)致了頻率合成領(lǐng)域的第二次革命。DDS具有相對(duì)帶寬很寬、頻率捷變速率快、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可輸出寬帶的正交信號(hào)、可編程、全數(shù)字化和便于集成等優(yōu)越性能。但是它的全數(shù)字結(jié)構(gòu)造成了DDS的主要缺點(diǎn):其一,根據(jù)取樣定量,輸出信號(hào)的最高頻率將低于參考時(shí)鐘的一半,故若要提高輸出頻率將受到器件(如DAC、ROM)的速度限制;其二,DDS輸出信號(hào)中雜散寄生分量大,其中輸出高頻尤其,它無法達(dá)到PLL頻率合成的頻譜純度;其三,DDS的功耗與其時(shí)鐘頻率成正比,故在供電受到限制的場(chǎng)合且又要求有較高的頻率輸出,DDS就有局限性。如何克服限制DDS廣泛應(yīng)用的主要缺點(diǎn),是當(dāng)前國(guó)際上DDS技術(shù)研究的主要課題。本文將利用倍頻的方法擴(kuò)展DDS的頻率上限和改善DDS雜散電平。

1 DDS的基本原理及其雜散電平

DDS的理論依據(jù)是奈奎斯特抽樣定理。根據(jù)該定理,對(duì)于一個(gè)周期正弦波連續(xù)信號(hào),可以沿其相位軸方向,以等量的相位間隔對(duì)其進(jìn)行相位/幅度抽樣,得到一個(gè)周期性的正弦信號(hào)的離散相位的幅度序列,并且對(duì)模擬幅度進(jìn)行量化,量化后的幅值采用相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼。這樣就把一個(gè)周期的正弦波連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一系列離散的二進(jìn)制數(shù)字量,然后通過一定的手段固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中,每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址即是相位取樣地址,存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是已經(jīng)量化了正弦波幅值。這樣的一個(gè)只讀存儲(chǔ)器就構(gòu)成了一個(gè)與2π周期內(nèi)相位取樣相對(duì)應(yīng)的正弦函數(shù)表,因它存儲(chǔ)的是一個(gè)周期的正弦波波形幅值,因此又稱其為正弦波形存儲(chǔ)器。對(duì)于一個(gè)連續(xù)的正弦波信號(hào),其角頻率ω可以用相位斜率Δφ/Δr表示。當(dāng)角頻率ω為一定值時(shí),其相位斜率Δφ/Δt也是一個(gè)確定值。此時(shí),正弦波形信號(hào)的相位與時(shí)間成線性關(guān)系,即φ=ω×Δt。根據(jù)這一基本關(guān)系,在一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)作用下,通過一個(gè)線性的計(jì)數(shù)時(shí)序發(fā)生器所產(chǎn)生的取樣地址對(duì)已得到的正弦波波形存儲(chǔ)器進(jìn)行掃描,進(jìn)而周期性地讀取波形存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù),其輸出通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器及低通濾波器就可以合成一個(gè)完整的、具有一定頻率的正弦波信號(hào)。

DDS的基本原理框圖如圖1所示。它主要由標(biāo)準(zhǔn)參考頻率源、相位累加器、波形存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通平滑濾波器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖的控制下,頻率控制字K由累加器得到相應(yīng)的相碼,相碼尋址波形存儲(chǔ)器進(jìn)行相碼-幅碼變換輸出不同的幅度編碼,再經(jīng)過數(shù)模變換器得到相應(yīng)的階梯波,最后經(jīng)低通波器對(duì)階梯波進(jìn)行平滑,即得到由頻率控制字K決定的連續(xù)變化的輸出波形。其中,參考頻率源一般是 一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器,其輸出信號(hào)用于DDS中各部件同步工作。因此,DDS輸出的合成信號(hào)的頻率穩(wěn)定度與晶體振蕩器是一樣的。相位累加器是實(shí)現(xiàn)DDS的核心,如圖2所示。它由一個(gè)N位字長(zhǎng)的二進(jìn)制加法器和一個(gè)由固定時(shí)鐘脈沖取樣的N位相位寄存器組成。相位寄存器的輸出與加法器的一個(gè)輸入端在內(nèi)部相連,加法器的另一個(gè)輸入端是外部輸入的頻率控制字K。這樣,在每個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí),相位寄存器采樣字K。這樣,在每個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí),相位寄存器采樣上個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)相位寄存器的值與頻率控

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