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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 随着技术和器件水平的提高，称之为直接数字随着技术和器件水平的提高，称之为直接数字式频率合成器（式频率合成器（DDS）的新的频率合成技术得到飞）的新的频率合成技术得到飞速的发展。速的发展。 DDS 在相对带宽、频率转换时间、相在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等等一位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等等一系列指标方面，已远远超过了传统频率合成器所能系列指标方面，已远远超过了传统频率合成器所能达到的水平，完成了频率合成技术的又
2、一次飞跃。达到的水平，完成了频率合成技术的又一次飞跃。DDS 与传统的与传统的 DS 和和 IS 一起构成了现代频率合成一起构成了现代频率合成技术体系，将频率合成技术推向了一个新阶段。技术体系，将频率合成技术推向了一个新阶段。直接数字式频率合成（直接数字式频率合成（ DDS ）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 （一）原理（一）原理 一个频谱纯净的单频信号可表示如下一个频谱纯净的单频信号可表示如下 这种单频信号的主要特性是，它的相位是时间的连续这种单频信号的主要特性是，它的相位是时间的连续函数
3、，即函数，即 相位函数对时间的导数是常数相位函数对时间的导数是常数 它就是信号的频率。它就是信号的频率。 00000sin(2)U =10sin 2sinsinutUftUf ttt令， 则 有u（3-4） 002dtfdt（3-1）（3-2） 002ttf t（3-3）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 信号波形和相位函数如图信号波形和相位函数如图 3-6 所示。所示。相位函数相位函数是一条直线，它的斜率就是信号的频率。是一条直线，它的斜率就是信号的频率。图图3-6 单频信号的波形与相位函数
4、单频信号的波形与相位函数我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 如果对（如果对（3-2）式进行采样，且采样周期为）式进行采样，且采样周期为 Tc（采样频（采样频率率 为为fc = 1 / Tc ) ，则可得到离散的波形序列：，则可得到离散的波形序列： u*(n) = sin (2f0 n Tc) （ n = 0,) （3-5） 相应的离散相位序列为相应的离散相位序列为 *(n) = 2f0 n Tc= n （ n = 0，) （3-6） 式中式中 = f 0Tc= 2 f0 / f c （3-7）
5、 是连续两次采样之间的相位增量。是连续两次采样之间的相位增量。 此离散波形序列和离散相位序列如图此离散波形序列和离散相位序列如图 3-6中的黑点所中的黑点所示。若采样值在采样间隔内进行保持，则如图示。若采样值在采样间隔内进行保持，则如图3-6中虚线所中虚线所示。波形和相位都为阶梯波形。示。波形和相位都为阶梯波形。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 根据采样定理，只要根据采样定理，只要 f0 / fc1/ （3-8） 从式（从式（3-5)中的离散序列即可唯一地恢复出式（中的离散序列即可唯一地恢
6、复出式（3-2）的模拟信号。的模拟信号。保持的作用是使模拟信号的分量加大，且将保持的作用是使模拟信号的分量加大，且将采样形成的高次谐波分量大大地抑制，对模拟信号的恢复采样形成的高次谐波分量大大地抑制，对模拟信号的恢复十分有利。十分有利。 因此因此,欲合成式（欲合成式（3-2）所表示的模拟信号，可）所表示的模拟信号，可首先生成与其相对应的阶梯信号，再经滤波器即可得到。首先生成与其相对应的阶梯信号，再经滤波器即可得到。 从式（从式（3-3）知，）知，相位函数的斜率决定了信号的频率。相位函数的斜率决定了信号的频率。从式（从式（3-5）和（）和（3-6）可见，决定相位函数斜率的则是两）可见，决定相位函
7、数斜率的则是两次连续采样之间的相位增量次连续采样之间的相位增量。因此，只要控制这个相位。因此，只要控制这个相位增量即可控制合成信号的频率。增量即可控制合成信号的频率。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 现将整个周期的相位现将整个周期的相位2分割为分割为M等份，则每一份为等份，则每一份为 （3-9） 即为可选择的最小相位增量，若每次的相位增量就取即为可选择的最小相位增量，若每次的相位增量就取，此，此时相位增量的斜率最小，得到时相位增量的斜率最小，得到最低最低的的频率频率输出输出 0 m ax2c
8、cffTM经滤波后得到合成信号为经滤波后得到合成信号为 sin2cfu ttM若每次的相位增量选择为若每次的相位增量选择为的的K倍，即可得到信号频率倍，即可得到信号频率02ccKKffTM（3-10）（3-11）（3-12）02/fM我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 相应的模拟信号为相应的模拟信号为（3-13） sin2cKu tf tM 式中，式中，M 和和K 都是正整数，根据采样定理，都是正整数，根据采样定理，K 的最大取的最大取值应小于值应小于 M 的二分之一。的二分之一。 K 分别取
9、值为分别取值为1、2、3时的相位函数与波形如图时的相位函数与波形如图3-7所示。所示。综上所述，在采样频率一定的条件之下，综上所述，在采样频率一定的条件之下，可以通过控制两次可以通过控制两次连续采样之间的相位增量（不得大于连续采样之间的相位增量（不得大于），来改变所得到离），来改变所得到离散波形序列的频率，经保持和滤波之后，可唯一地恢复出此散波形序列的频率，经保持和滤波之后，可唯一地恢复出此频率的模拟信号。这就是直接数字频率合成的原理。频率的模拟信号。这就是直接数字频率合成的原理。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错
10、：表里边有一个活的生物图图3-7 不同相位增量时的波形不同相位增量时的波形我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 依据上述原理，为合成所需频率的模拟信号，必须解决依据上述原理，为合成所需频率的模拟信号，必须解决以下一些技术问题：以下一些技术问题： 需控制每次采样的相位增量，并输出模需控制每次采样的相位增量，并输出模2的累加相的累加相位。这可以用位。这可以用相位累加器相位累加器来完成；来完成； 将模将模2的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度，的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度，这里幅度可先用代
11、码表示，这可以用一这里幅度可先用代码表示，这可以用一只读存储器只读存储器ROM来来存储一个正弦函数表的幅值代码；存储一个正弦函数表的幅值代码； 用幅度代码变换成模拟电压，这可由用幅度代码变换成模拟电压，这可由数模变换器数模变换器DAC来完成；来完成； 相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间内是保持的，最终从内是保持的，最终从DAC输出的电压是输出的电压是经保持经保持的阶梯波。的阶梯波。（二）组成（二）组成我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 阶梯
12、波电压经阶梯波电压经低通滤波器低通滤波器之后才能获得所需的模拟电之后才能获得所需的模拟电压输出。因此，直接数字频率合成器的基本组成应如图压输出。因此，直接数字频率合成器的基本组成应如图3-8所示。所示。 图图3-8 DDS的组成的组成我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 1.相位累加相位累加 相位累加可用一累加器来完成。用一相位累加可用一累加器来完成。用一 N 位字长的累加位字长的累加器，则器，则 M = 2N，将一整周期的相位分割成最小增量为，将一整周期的相位分割成最小增量为 =2/ 2N 的
13、的 M 个离散相位，它的代码为个离散相位，它的代码为0至至2N-1。 累加器的基本结构如图累加器的基本结构如图3-9所示。它由所示。它由M 进制加法器和进制加法器和并行数据寄存器组成，在时钟并行数据寄存器组成，在时钟 fc 的作用下可对输入数据的作用下可对输入数据 K 进行累加。当进行累加。当 K =1时，即相当时，即相当 于每次的相位增量为于每次的相位增量为=2/ M 。一般情况下控制每次的相位增量为。一般情况下控制每次的相位增量为K，累加器输出即，累加器输出即为经累加后的累积相位（模为经累加后的累积相位（模2)的代码，成为相位码，是一的代码，成为相位码，是一个离散的序列。个离散的序列。我吓
14、了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 图图3-9 累加器的基本结构累加器的基本结构 图图3-10是一个是一个4位字长的累加器，加法器是四位二进位字长的累加器，加法器是四位二进制组成的十六进制，它的累加输出为制组成的十六进制，它的累加输出为4433324321221110ABCABCABCABC 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图3-10 十六进制累加器十六进制累加器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐
15、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 式中式中C0、C1、C2、C3是二进制加法器是二进制加法器1、2、3、4的进位的进位位，四位寄存器的位，四位寄存器的 D1D2D3D4 = 4321 输入数据输入数据 K 决定了每次累加的相位增量，在一定的时钟决定了每次累加的相位增量，在一定的时钟频率下，也就决定了合成信号频率频率下，也就决定了合成信号频率 f0 = K fc / 24，故，故K 被称为被称为频率控制字。频率控制字。 设频率控制字设频率控制字K = A4A3A2A1 = 0001，则第一个时钟脉冲，则第一个时钟脉冲到来后
16、，输出到来后，输出Q4Q3Q2Q1 = 0001；第二个时钟脉冲到来后，；第二个时钟脉冲到来后，输出为输出为 0010；输出相位码按；输出相位码按00000001001000111101111011110000，需需16个时钟脉冲累加器才能满量，相位码完成一个周期循环。个时钟脉冲累加器才能满量，相位码完成一个周期循环。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 若频率控制字若频率控制字 K = A4A3A2A1 = 0010，则在时钟脉冲作用，则在时钟脉冲作用下，累加器输出的相位码依次是下，累加器输出
17、的相位码依次是0000001001000110 11100000，只需，只需8个时钟个时钟脉冲累加器输出相位码即可完成一次循环。可见频率控制字脉冲累加器输出相位码即可完成一次循环。可见频率控制字加大一倍，累加器的增长速率随之加大一倍，输出信号频率加大一倍，累加器的增长速率随之加大一倍，输出信号频率也就加大一倍。也就加大一倍。 2. 相位与幅度的变换相位与幅度的变换 累加器输出的相位码，需先经过一个相位码累加器输出的相位码，需先经过一个相位码/幅度码变换幅度码变换装置之后，再经数装置之后，再经数/模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波器才能得到所需的模拟电压。器才能
18、得到所需的模拟电压。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 显然，构成相位与幅度变换的电路应由只读存储器显然，构成相位与幅度变换的电路应由只读存储器ROM数模转换器数模转换器DAC和低通滤波器和低通滤波器LPF三部分器件来共同三部分器件来共同完成，如图完成，如图3-11所示。所示。图图3-11 相位相位/幅度变换装置幅度变换装置 假设假设DAC的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表3-
19、1所示。所示。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物表表 3-1二进制幅度码二进制幅度码十进制幅度十进制幅度二进制幅度码二进制幅度码十进制幅度十进制幅度00000.000010000.500000010.062510010.526500100.125010100.625000110.187510110.687501000.250011000.750001010.312511010.812501100.375011100.875001110.437511110.9375我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐
20、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 四位相位码所对应的相位量，以及此相位量条件下按四位相位码所对应的相位量，以及此相位量条件下按正弦函数计算所得的幅度值如表正弦函数计算所得的幅度值如表3-2所示。所示。表表 3-2相位码相位码相位相位正弦幅度正弦幅度相位码相位码相位相位正弦幅度正弦幅度0000/160.195100017/16-0.19500013/160.556100119/16-0.55600105/160.831101021/16-0.83100117/160.980101123/16-0.98001009/160.
21、980110025/16-0.980010111/160.831110127/16-0.831011013/160.556111029/16-0.556011115/160.195111131/16-0.195我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 须注意两点：须注意两点： . 正弦波的幅度是有正负的，而数模转换的如表正弦波的幅度是有正负的，而数模转换的如表3-1以以01为取值，故需加一位极性标记，在相位量等于为取值，故需加一位极性标记，在相位量等于2时对时对DAC的输出作极性变换。为避免负电压输
22、出，可的输出作极性变换。为避免负电压输出，可输出输出 1 + sin； . 表表3-2的正弦幅度是对幅度为的正弦幅度是对幅度为01的连续正弦信号的连续正弦信号的取值，可以是的取值，可以是01之间的任意值，而之间的任意值，而 DAC 的输出是量的输出是量化的值，在这里只有化的值，在这里只有 24 = 16 种取值，可能存储的只是这种取值，可能存储的只是这些值中取一个最接近所要求的值，这就必定会出现所谓些值中取一个最接近所要求的值，这就必定会出现所谓的量化误差。例如的量化误差。例如 =0 间可能的取如表间可能的取如表3-3所示，误所示，误差是显而易见的，不难想象，差是显而易见的，不难想象，DAC的
23、位数越多，量化误差的位数越多，量化误差也就越小。也就越小。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物表表3-3相位码相位码正弦波幅度正弦波幅度幅度码幅度码量化的幅值量化的幅值量化误差量化误差00000.195100110.1875+0.007600010.555610010.5625-0.006900100.831511010.8125+0.019000110.980811110.9375+0.043301000.980811110.9375+0.043301010.831511010.8125+0.
24、019000010.555610010.5625-0.006900000.195100110.1875+0.0076我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物时序时序相位码相位码相位相位sin幅度码幅度码DAC输出输出sin极性极性标记标记输出输出1+sin00000/16+0.195100110.18750+1.1875100013/16+0.555610010.56250+1.5625200105/16+0.831611010.81250+1.8125300117/16+0.980811110.9
25、3750+1.9375401009/16+0.980811110.93750+1.93755010111/16+0.831611010.81250+1.81256011013/16+0.555610010.56250+1.56257011115/16+0.195100110.18750+1.1875表表 3 - 4 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物8100017/16-0.195100110.18751+0.81259100119/16- 0.555610010.56251+0.437510
26、101021/16- 0.831611010.81251+0.187511101123/16-0.980811110.93751+0.062512110025/16-0.980811110.93751+0.062513110127/16-0.831611010.81251+0.187514111029/16-0.555610010.56251+0.437515111131/16-0.195100110.81751+0.8125续表续表 3 - 4我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在相位码和幅
27、度码都是四位的情况下，所得的在相位码和幅度码都是四位的情况下，所得的 DAC 输出示于表输出示于表 3-4。表中。表中 DAC 的输出再经极性标记位，当的输出再经极性标记位，当标记位为标记位为 “ 1 ”时，将时，将 DAC 的输出求补，当标记位为的输出求补，当标记位为 “ 0 ”时，将时，将 DAC 输出加输出加 1，即可得到最后的输出。，即可得到最后的输出。 以上分析中认为在以上分析中认为在 ROM 中存储了整周期的正弦函数中存储了整周期的正弦函数表，实际中这是不需要的。由于正弦函数具有对称性，表，实际中这是不需要的。由于正弦函数具有对称性，所以可以用所以可以用0/2内的幅度值来表示内的幅
28、度值来表示02内的幅度值，内的幅度值，最高两位地址码用来表示象限。最高两位地址码用来表示象限。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 “ 00 ”为第为第象限；象限；“ 01 ”为第为第象限；象限；“ 10 ”为第为第象限；象限；“ 11 ”为第为第象限。相位码的第一位就是极性象限。相位码的第一位就是极性标记，标记，“ 0 ”为正极性，为正极性，“ 1 ” 为负极性。具体的象限和为负极性。具体的象限和极性求补电路这里不再详述。极性求补电路这里不再详述。 实际应用中为了减小相位量化噪声，相位码的位数
29、要实际应用中为了减小相位量化噪声，相位码的位数要多得多，相应的多得多，相应的ROM存储容量很大，为减少所需的存储容量很大，为减少所需的ROM存储容量有很多办法。为减少幅度量化噪声，存储容量有很多办法。为减少幅度量化噪声，DAC的位的位数实际上也要多得多。下面介绍数实际上也要多得多。下面介绍0/2内的内的ROM压缩存压缩存储技术。储技术。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3. 正弦查询表正弦查询表 ROM 压缩存储技术压缩存储技术 由前分析可看出，由前分析可看出，DDS 查询表查询表ROM所存
30、储的数据是每所存储的数据是每一个相位所对应的二进制数字正弦幅值，在每一个时钟周期一个相位所对应的二进制数字正弦幅值，在每一个时钟周期内，相位累加器输出序列的高内，相位累加器输出序列的高 P 位对其寻址，最后输出为位对其寻址，最后输出为该相位对应的二进制正弦幅值序列。可以看出，该相位对应的二进制正弦幅值序列。可以看出， ROM 的存的存储量为储量为 2PS 比特。其中比特。其中 P 为相位累加器的输出位数，为相位累加器的输出位数，S 为为 ROM 的输出位数。若的输出位数。若P=12，S=8，可以算出，可以算出ROM的容量的容量为为32768比特。在一块比特。在一块DDS芯片上集成这么大的芯片上
31、集成这么大的 ROM 会使会使成本提高、功耗增大、可靠性下降，所以有了许多的压缩成本提高、功耗增大、可靠性下降，所以有了许多的压缩 ROM 容量的方法。容量的方法。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 . Sunderland 结构结构 Sunderland 结构利用了三角函数近似的方法，如图结构利用了三角函数近似的方法，如图3-12所示。它是将相位累加器输出的地址分为所示。它是将相位累加器输出的地址分为 A、B、C三部分，三部分，再将地址为再将地址为 Pbit 的的ROM换成两个地址位数为换成
32、两个地址位数为 A+B 和和 A+C 的的ROM，最后将两个，最后将两个 ROM 的输出相加重建正弦函数。的输出相加重建正弦函数。图图3-12 Sunderland 结构示意图结构示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 设设 象限正弦函数的相位为象限正弦函数的相位为= =+ + +，其中，其中、对对应的字长位数分别为应的字长位数分别为A，B，C，它们之间满足关系：，它们之间满足关系： /2, /2 (2-A) , fc。DDS 输出可认为是低通信号，而输出可认为是低通信号，而PLL输出可输出
33、可认为是带通信号。频率覆盖范围是这两种技术都要考虑的问认为是带通信号。频率覆盖范围是这两种技术都要考虑的问题题;我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在在频率纯度频率纯度上，上，DDS由于由于 fo fc/2，相对于参考频率，相对于参考频率源其相位噪声以源其相位噪声以 20lg（fo/fc）改善，因此只考虑杂散信号的）改善，因此只考虑杂散信号的影响；而影响；而PLL要考虑相位噪声和杂散信号的影响，这两种影要考虑相位噪声和杂散信号的影响，这两种影响谱纯度的因素与响谱纯度的因素与PLL的环路参数有关
34、。复杂度、功耗和成的环路参数有关。复杂度、功耗和成本是这两种技术都必须考虑的问题。本是这两种技术都必须考虑的问题。 DDS和和PLL这两种频率合成方式不同，各有其独有的特这两种频率合成方式不同，各有其独有的特点，不能相互代替，但可以相互补充。将这两种技术相结点，不能相互代替，但可以相互补充。将这两种技术相结合，可以达到单一技术难以达到的结果。合，可以达到单一技术难以达到的结果。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 例例 DDS / DS混合方案混合方案 用用DDS在较低的频段上合成在较低的频段上
35、合成 fDmin fDmax，再与一个较高，再与一个较高的频率的频率 fL 在混频器中作上变频，得到较高频段上的输出。在混频器中作上变频，得到较高频段上的输出。 f 0 = (fL + f Dmin) (f L+ f Dmax) 混合方案如图混合方案如图3-17所示。所示。DDSfDfLBPFf0图图3-17 DDS/DS混合方案混合方案 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在这里要注意的是，混频器输出的和频与差频的频率间在这里要注意的是，混频器输出的和频与差频的频率间隔是隔是2fD，为使后置
36、带通滤波器，为使后置带通滤波器BPF能在通过能在通过fL+fD分量的同分量的同时能有效地抑制时能有效地抑制 fL- fD分量，混频比分量，混频比fL / fD不能过大。例如，不能过大。例如，图图3-13 的的 DDS/DS混合频率合成器，混合频率合成器，DDS 的带宽是的带宽是10MHz，即即 fD=717MHz，要求合成输出，要求合成输出 f0 =187227MHz，若采用，若采用一次上变频，混频比就过大，图中采用了两次上变频，第一一次上变频，混频比就过大，图中采用了两次上变频，第一次混频比在次混频比在3.510之间，第二次混频比在之间，第二次混频比在0.91.37之间，之间，这样才有利于滤
37、除镜像频率。这样才有利于滤除镜像频率。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物DDS60MHz70MHz120MHz140MHz6777MHz7787MHz187227MHz187227MHzBPFBPFBPFfDf0图图3-13 DDS / DS 频率合成器实例频率合成器实例我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 例例 由激励组合方案实现的频率合成器的方框图如图由激励组合方案实现的频率合成器的方框图如
38、图3-18所示。所示。 若输出频率若输出频率 fc 的频率范围是的频率范围是5065MHz，频率间隔为，频率间隔为25kHz，锁相环固定分频比，锁相环固定分频比NP=5，DDS的时钟频率为的时钟频率为fc =50MHz，相位累加器的位数，相位累加器的位数N=32，则，则 试求试求DDS的频率分辨率；的频率分辨率； 试求试求DDS的输出频率的输出频率fDr和频率控制字和频率控制字K的范围。的范围。图图3-18 DDS激励激励PLL的频率合成器组成框图的频率合成器组成框图频率控制字频率控制字KDDSPDLFVCONPfcfDrf0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的
39、世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 题意分析题意分析：由题图显见由题图显见,DDS 的输出的输出fDr是是PLL的的参考频率参考频率,而而PLL是一个倍频锁相环是一个倍频锁相环,且兼有信号过滤、放且兼有信号过滤、放大、波形转换等功能。根据倍频锁相环的工作原理，当大、波形转换等功能。根据倍频锁相环的工作原理，当PLL锁定时有锁定时有 f0= NP fDr ，变换形式后则有，变换形式后则有 fDr= f0 / NP 。 具有非常高的频率分辨率是具有非常高的频率分辨率是DDS 合成法最主要的优点合成法最主要的优点之一之一,从对从对DDS 的分析知的分析知,当时钟频率
40、当时钟频率 fc 确定后确定后, DDS输出输出的频率分辨力由相位累加器的位数确定的频率分辨力由相位累加器的位数确定,题中选择了题中选择了32位位相位累加器。所以相位累加器。所以DDS 的频率分辨力为的频率分辨力为f = fc / 232； 根据根据DDS 的原理：的原理： fDr = k fc / 232 计算计算 K 的公式为的公式为 K= fDr 232 / fc 。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 解：解：已知已知fc =50MHz ，N=32，2N=4.29109将其代入将其代入D
41、DS频率分辨力的公式，可得频率分辨力的公式，可得 f = fc / 232 = 0.212Hz PLL锁定时有锁定时有 fDr= f0 / NP =1013MHz 因为因为fDr= k fc / 232 ， 所以所以 k= fDr 232 / fc 代入数据可得代入数据可得 所以，所以，K的取值范围是的取值范围是86107112107 323297min10 21020.24.29 1086 1050cKf97max134.29101121050K我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 应用该方案
42、要注意两个问题。其一是当倍频值应用该方案要注意两个问题。其一是当倍频值N变化时，输出分辨率也随之变化，若要保持输出变化时，输出分辨率也随之变化，若要保持输出的频率步进保持不变，就必须在改变的频率步进保持不变，就必须在改变 N 的同时相应的同时相应调整调整DDS的输出步进量，实际应用中可能有些麻烦。的输出步进量，实际应用中可能有些麻烦。二是在倍频过程中，二是在倍频过程中，DDS输出的相位噪声、寄生调输出的相位噪声、寄生调频和调相都将倍增，使最终输出的噪声和杂散性能频和调相都将倍增，使最终输出的噪声和杂散性能变坏，在设计频谱纯度要求很高的频率合成器时，变坏，在设计频谱纯度要求很高的频率合成器时，这
43、一点要特别注意，需经过严格的计算。这一点要特别注意，需经过严格的计算。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 讨论：讨论： DDS与与PLL各有其独有的特点，各有其独有的特点， DDS具有频率分辨力具有频率分辨力高、频率转换时间快、输出相位连续等优点，但同时高、频率转换时间快、输出相位连续等优点，但同时DDS又又有输出杂散大，输出带宽受限的特点；相反地，有输出杂散大，输出带宽受限的特点；相反地， PLL频率合频率合成器具有相位噪声低、输出频带宽的优点，但成器具有相位噪声低、输出频带宽的优点，但PL
44、L的频率分的频率分辨力与频率转换时间二者间的矛盾较为突出。将辨力与频率转换时间二者间的矛盾较为突出。将DDS和和PLL相结合，发挥了它们各自的长处而又弥补了对方的不足，将相结合，发挥了它们各自的长处而又弥补了对方的不足，将两者结合达到了某一技术难以达到的结果。两者结合达到了某一技术难以达到的结果。 当当PLL是固定倍频环时，锁相环输出把是固定倍频环时，锁相环输出把DDS输出的频输出的频段增加了段增加了NP倍。参考频率可以做到以极小的阶跃（倍。参考频率可以做到以极小的阶跃（0.012Hz）改变，所以合成器仍能得到极高的频率分辨力。改变，所以合成器仍能得到极高的频率分辨力。我吓了一跳，蝎子是多么丑
45、恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在合成器工作过程中，在合成器工作过程中， DDS的输出频率的输出频率fDr与与N是同步变化的，只要是同步变化的，只要DDS的频率分辨力为的频率分辨力为5kHz,就能就能实现全频段内的频道间隔为实现全频段内的频道间隔为25kHz。 在题图给出的方案中在题图给出的方案中,没有用到混频器没有用到混频器,所以所以杂散性能相对好杂散性能相对好,对于远载频杂散信号对于远载频杂散信号,借助于借助于PLL对对参考信号参考信号 fr 的窄带跟踪特性，可以较好的抑制的窄带跟踪特性，可以较好的抑制;对于
46、对于DDS 输出的杂散分量输出的杂散分量,在在PLL带宽之外的能有一定的带宽之外的能有一定的衰减衰减,而在环路带宽之内的杂散分量则有倍增效应而在环路带宽之内的杂散分量则有倍增效应,因而因而,要改善频率合成器输出的频谱性能应尽量提高要改善频率合成器输出的频谱性能应尽量提高DDS的工作频率的工作频率,降低降低PLL的分频比的分频比NP 。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 例例 PPL内插内插DDS混合方案混合方案 采用上变频将频谱向上搬移的办法可以如前例那样直接采用上变频将频谱向上搬移的办法可以
47、如前例那样直接进行，也可以在进行，也可以在PPL环内进行（这是间接合成方法环内进行（这是间接合成方法 IS ），），如图如图3-19所示。所示。晶振晶振PDLFVCON NLPFDDf0fDfr图图3-19 PPL内插内插DDS混合方案混合方案我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 它的频率关系为它的频率关系为 f0 = N fr + fD 用这样的方法可以将低频段搬移到高频段用这样的方法可以将低频段搬移到高频段f0 。但要注意，若。但要注意，若一次就将一次就将fD搬移到很高的频段，必然有搬移到很
48、高的频段，必然有f0fD，混频器的，混频器的混频比将会很大，难于用低通滤波器将不需要的和频分量滤混频比将会很大，难于用低通滤波器将不需要的和频分量滤除。这时可引入一个本地振荡的频率除。这时可引入一个本地振荡的频率fL，再用直接合成技术，再用直接合成技术，则可得到输出频率为则可得到输出频率为 f0 = N fr + fL + fD 输出输出 f0的分辨力仍与的分辨力仍与 fD的相同。的相同。 改善混频比的另一个办法是在改善混频比的另一个办法是在VCO之后串接之后串接P的固定的固定模分频器，如图模分频器，如图3-20虚框所示，这时的频率关系又变为虚框所示，这时的频率关系又变为 f0 = NP fr
49、 + P（fL + fD）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物晶振晶振PDLFVCON NLPFDDf0fDfrPLPFfL图图3-20 DDS/PLL/DS混合方案混合方案我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 总总 结（一）结（一） 频率合成器作为一种频率源，被广泛的应用于通信频率合成器作为一种频率源，被广泛的应用于通信与电子系统中。频率合成器分为三类：直接式频率合成与电子系统中。频率合成器分为
50、三类：直接式频率合成器、间接式（锁相式频率合成器）和直接式数字频率合器、间接式（锁相式频率合成器）和直接式数字频率合成器。这三种方式产生频率的方式不同，其性能指标和成器。这三种方式产生频率的方式不同，其性能指标和特点也不同。直接式频率合成器是直接对参考频率源进特点也不同。直接式频率合成器是直接对参考频率源进行混频、分频和倍频得到所需频率，为一开环系统；锁行混频、分频和倍频得到所需频率，为一开环系统；锁相频率合成器是利用锁相环完成频率合成，它是一个闭相频率合成器是利用锁相环完成频率合成，它是一个闭环系统；直接式数字频率合成器环系统；直接式数字频率合成器(DDS)是一种全数字化的是一种全数字化的频