原创 小论DDS

DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。
DDS有如下优点：⑴ 频率分辨率高，输出频点多，可达 个频点(N为相位累加器位数)；⑵频率切换速度快，可达us量级；⑶ 频率切换时相位连续；⑷ 可以输出宽带正交信号；⑸ 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；⑹可以产生任意波形；⑺ 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻，因此八十年代以来各国都在研制和发展各自的DDS产品，如美国QUALCOMM公司的Q2334，Q2220；STANFORD公司的STEL-1175，STEL-1180；AD公司的AD7008，AD9850，AD9854等。这些DDS芯片的时钟频率从几十兆赫兹到几百兆赫兹不等，芯片从一般功能到集成有D/A转换器和正交调制器。

DDS频率合成的具体原理！！
频率合成器是现代电子系统的重要组成部分,在通信、雷达、电子对抗、导航、广播电视、遥测遥控、仪器仪表等许多领域中被广泛应用。例如,在雷达设备中,他为发射机的调制器提供载频信号,也为接收机的混频器提供本振信号；在测试仪器中,他可单独作为标准信号源。随着电子技术的不断发展,各类电子系统对频率合成器的要求越来越高,对相位噪声、频率转换时间、频率分辨力、相对工作带宽、体积及功耗等多种指标提出了更高的要求。所以在研制频率合成源时,应根据具体应用和要求选择适当的方案,以满足系统设计指标要求。直接频率合成（DDS）技术因有突出的特点，如输出波形灵活且相位连续（这是其最大优势）、频率稳定度高、输出频率分辨率高、频率转换速度快、输出相位噪声低、集成度高、功耗低、体积小等，使其在频率合成源技术中被广泛应用，但DDS合成频率比较低且输出频谱杂散较大，又限制了其应用。PLL则具有频带宽、工作频率高、频谱质量好等优点，但其不足之处为频率分辨率、频率建立时间等方面远不如DDS。如果把两者结合起来,取长补短,可以获得更高的频率分辨率,更快的信号建立时间,低相噪和宽输出频率范围等性能。 1实现原理
本频率合成源要求输出频率可控，线性调频频率范围为1.8~2.2 GHz，且调频带宽可以改变：50 MHz，100 MHz，200 MHz和400 MHz 4档，调频周期相应为1 ms，2 ms，4ms，8 ms，相位噪声优于-95 dBc/Hz(@1 kHz)。本着经济实用的原则，选择了8031单片机控制AD9854 DDS芯片激励PE3236 PLL芯片来输出合成信号，原理框图如图1所示。
系统把要求的频率控制字存贮在只读存贮器ROM中，通过拨位开关控制8031选择给DDS 9854灌输频率控制字，使9854产生低频线性调频信号（300 MHz参考时钟是与单片机10 MHz时钟相参的），经无源低通滤波器LPF1平滑后送到鉴相器PE3236，鉴相器把DDS送来的低频线性调频信号和要求系统最终输出的线性调频信号经80分频后进行比相，得到误差电压，再经经典的二阶有源低通滤波器LPF2滤除高次谐波送给压控振荡器VCO，VCO输出系统要求的线性调频信号。 2硬件设计注意事项
由于DDS+PLL是一项成熟的技术，所以在硬件的实现中，各个关键芯片的性能特点在许多文章和器件资料中都有介绍，本设计中软件的设置比较简单，这里不做介绍。把硬件设计过程中的注意事项作为重点，确保信号纯度好、相位噪声低。
AD9854芯片是AD公司生产的性能很好的直接数字频率合成芯片。与传统的芯片相比,不但具有一般芯片所具有的相位累加器,正弦值存储表,还在相位累加器前加了一级频率累加器,后面集成了数模转换器,可提供正交的I/Q两路输出。在频率累加器的作用下产生线性增加的瞬时频率,经相位累加器输出信号的二次瞬时相位,以此相位值寻址正弦值存储表,得到与相位对应的幅度量比值,再经数模转换得到连续的阶梯波,经设计的滤波器滤除其中的高频分量,将得到的信号送到PE3236倍频电路。
DDS技术概述

DDS(DirectDigitalSynthesizer)即直接数字式频率合成 ,它是一种新型的频率合成技术 ,它的出现引发了频率合成领域的一次革命。随着数字信号处理和数字集成技术的发展以及各种新型器件的不断涌现 ,直接数字式频率合成技术在近几年得到了迅速的发展和广泛的应用 ,它已被视为频率合成技术的发展方向 ,成为各
国频率合成领域的研究重点。
DDS技术将数字信号处理理论应用于频率合成领域 ,从相位的概念出发进行频率合成 ,其机理在根本上有别于传统的频率合成技术。图 2为DDS的基本实现原理结构图。

在上图中 , fc 是参考时钟频率 ,K是频率控制字 , fo 是输出频率。参考标准频率源是一个高稳定度的晶体振荡器 ,用来同步合成器的各个组成部分 ;相位累加器可以看作是加法器与输出寄存器的功能合成 ,它把频率控制字变为相位增量 ,从而可以控制输出信号的频率 ;模数转换器用来完成数字信号与模拟信号之间的转换 ;低通滤波器用来获取“纯净”的输出频率。
经分析不难得知 ,DDS中输出频率与输入频率之间的关系为 :
fo=K?fc/ 2 N.根据频率控制字的不同 ,输出频率的取值范围是 :
fc/ 2 Nfc/ 2 .由Nyquist采样定理可知 ,fomax≤ fc/ 2 ,但由于实际中受到LPF的限制 ,一般 :fomax≈ 0 . 4fc.与传统的频率合成技术相比较 ,DDS具有以下优点 :
?频率稳定度高 ,DDS的频率稳定度和标准时钟频率源是同一量级 ;
?频率转换速度快 ,其转换速度主要由数字集成电路的开关时间和输出滤波器 (LPF)的响应时间决定 ,可达到 1 0 -6 甚至 1 0 -9秒 ;
?输出相对带宽宽 ,频率分辨率高 ,频率分辨率由相位累加器位数和时钟频率决定 ,增加相位累加器的位数可以获得任意小的变频步进 ,当前已有 0 . 0 0 1Hz的芯片出现 ;
?输出相位连续 ,可输出的频率点多 ,若相位累加器的位数为N ,则可输出的频率点为 2 N -1 个 ;
?输出的相位噪声低 ,DDS对参考频率源的相位噪声有改善作用 ,它的输出相位噪声一般要比时钟的相位噪声低 ;
?开环系统及无反馈环节的全数字结构使其具有易集成、功耗低、体积小等特点。
但是由于DDS的全数字机理所决定 ,它的输出频谱中含有丰富的杂散分量以及输出带宽受限 ,因而频谱纯度一直是人们关心的问题。有关如何降低DDS杂散的论文与研究现已有许多 ,在此就不另叙述了。