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1、笫笫8 8章章 频率合成技术频率合成技术 uu概概概概 述述述述uu频率合成的基本方法频率合成的基本方法频率合成的基本方法频率合成的基本方法uu主要技术指标主要技术指标主要技术指标主要技术指标uu相位噪声相位噪声相位噪声相位噪声uu干脆频率合成法干脆频率合成法干脆频率合成法干脆频率合成法uu锁相频率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法uu锁相频率合成器的基本构成锁相频率合成器的基本构成锁相频率合成器的基本构成锁相频率合成器的基本构成uu锁相频率合成器方案设计中的一些考虑锁相频率合成器方案设计中的一些考虑锁相频率合成器方案设计中的一些考虑锁相频率合成器方案设计中的一些考虑uu锁相频率
2、合成器的实际构成方案锁相频率合成器的实际构成方案锁相频率合成器的实际构成方案锁相频率合成器的实际构成方案uu干脆数字式频率合成干脆数字式频率合成干脆数字式频率合成干脆数字式频率合成uu 频率合成器集成电路（频率合成器集成电路（频率合成器集成电路（频率合成器集成电路（*）2001年9月-12月1通信电路原理-无九l为了实现高质量的无线电通信，削减各种外界因素对为了实现高质量的无线电通信，削减各种外界因素对传输信号的干扰，近代通信系统往往要求通信机具有传输信号的干扰，近代通信系统往往要求通信机具有大量的、可供用户选择和快速更换的载频振荡信号。大量的、可供用户选择和快速更换的载频振荡信号。uu概概概
3、概 述述述述l频率合成器能够实现上述要求。频率合成器能够实现上述要求。例如移动通信：要求在例如移动通信：要求在150、400、900、1800MHz频率旁边供应上百个频率点频率旁边供应上百个频率点要求这些频率点的载波振荡频率稳定度与精度，要求这些频率点的载波振荡频率稳定度与精度，都应满足系统的性能要求，并能快速变换。都应满足系统的性能要求，并能快速变换。l晶体振荡器无法满足上述要求晶体振荡器无法满足上述要求2001年9月-12月2通信电路原理-无九u概概概概 述述述述l l 频率合成是指以一个或数个参考频率源为基准，在某一频频率合成是指以一个或数个参考频率源为基准，在某一频频率合成是指以一个或
4、数个参考频率源为基准，在某一频频率合成是指以一个或数个参考频率源为基准，在某一频段内，通过确定的变换与处理后综合产生并输出多个工作频段内，通过确定的变换与处理后综合产生并输出多个工作频段内，通过确定的变换与处理后综合产生并输出多个工作频段内，通过确定的变换与处理后综合产生并输出多个工作频率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器。率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器。率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器。率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器。l 制作高质量频率源成为军用（电子对抗）、民用（通信、制作高质量频率源成为军用（电子对抗）、民用（通信、
5、广播广播 电视、仪器等）研制工作的一项关键课题。电视、仪器等）研制工作的一项关键课题。这些离散频率的频率稳定度和精度均与基准频率相同。这些离散频率的频率稳定度和精度均与基准频率相同。这些离散频率能在很短时间内，由某一频率变换到另一频率。这些离散频率能在很短时间内，由某一频率变换到另一频率。l l频率合成的基本方法主要有三类，干脆式频率合成，锁相频率合成的基本方法主要有三类，干脆式频率合成，锁相频率合成的基本方法主要有三类，干脆式频率合成，锁相频率合成的基本方法主要有三类，干脆式频率合成，锁相频率合成（亦称间接式频率合成）及干脆数字式频率合成频率合成（亦称间接式频率合成）及干脆数字式频率合成频率
6、合成（亦称间接式频率合成）及干脆数字式频率合成频率合成（亦称间接式频率合成）及干脆数字式频率合成2001年9月-12月3通信电路原理-无九l l频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标（1）工作频率范围）工作频率范围频率合成器最高与最低输出频率所确定的频率范围，称为频率合成器最高与最低输出频率所确定的频率范围，称为频率合成器的工作频率范围。频率合成器的工作频率范围。（2）频率间隔）频率间隔每个离散频率（或信道）之间的最小间隔称为频率间隔。每个离散频率（或信道）之间的最小间隔称为频率间隔。又称辨别力。又称辨别力。（3）频率转换时间）频率转换
7、时间由一个工作频率转换到另一个工作频率并使后者达到稳定由一个工作频率转换到另一个工作频率并使后者达到稳定工作所需的时间。工作所需的时间。工作频率范围；频率间隔；频率转换时间；工作频率范围；频率间隔；频率转换时间；频率稳定度与精确度；频谱纯度。频率稳定度与精确度；频谱纯度。2001年9月-12月4通信电路原理-无九uu频率合成器的主要技术指标（频率合成器的主要技术指标（频率合成器的主要技术指标（频率合成器的主要技术指标（续）续）续）续）（4）频率稳定度与精确度）频率稳定度与精确度频率稳定度是指在规定观测时间内，合成器输出频率偏离频率稳定度是指在规定观测时间内，合成器输出频率偏离标称值的程度。标称
8、值的程度。精确度则表示实际工作频率与其标称值之间的偏差精确度则表示实际工作频率与其标称值之间的偏差.（5）频谱纯度）频谱纯度频谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度。可以用输出端频谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度。可以用输出端的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。l有用信号频率成分有用信号频率成分；l各寄生信号频率成分：各寄生信号频率成分：有用信号的各次谐波成分；有用信号的各次谐波成分；存在各种周期性干扰（混频器的高次组合频率）；存在各种周期性干扰（混频器的高次组合频率）；干扰引起的随机相移（相位噪声）。干扰引起的随机相移（相位噪声）
9、。稳定度与精确度有着亲密的关系，因为只有频率稳定度高，稳定度与精确度有着亲密的关系，因为只有频率稳定度高，频率精确度才有意义频率精确度才有意义2001年9月-12月5通信电路原理-无九l l输出信号频率及各种干扰成分输出信号频率及各种干扰成分输出信号频率及各种干扰成分输出信号频率及各种干扰成分返回返回返回返回2001年9月-12月6通信电路原理-无九l频谱纯度对通信系统的影响频谱纯度对通信系统的影响频谱纯度对通信系统的影响频谱纯度对通信系统的影响频率合成器输出信号频谱不纯，对接收机和放射机都会频率合成器输出信号频谱不纯，对接收机和放射机都会产生不良影响产生不良影响频谱不纯的放射信号将对邻道信号
10、产生干扰频谱不纯的放射信号将对邻道信号产生干扰接收机的混频器可将本振噪声转移到中频段，将降低中接收机的混频器可将本振噪声转移到中频段，将降低中频信号的信噪比频信号的信噪比本振噪声会干扰数字通信本振噪声会干扰数字通信载波信号中的相位噪声和本振中的相位噪声干脆影响数载波信号中的相位噪声和本振中的相位噪声干脆影响数字相位调制系统的误码率字相位调制系统的误码率相位噪声和杂散是频率合成器（振荡器）最重要的性能相位噪声和杂散是频率合成器（振荡器）最重要的性能指标之一指标之一2001年9月-12月7通信电路原理-无九n n相位噪声频率稳定度在频域中的表征。一般用偏离相位噪声频率稳定度在频域中的表征。一般用偏
11、离相位噪声频率稳定度在频域中的表征。一般用偏离相位噪声频率稳定度在频域中的表征。一般用偏离载频载频载频载频f f处单边带相位噪声功率谱密度与信号总功率之比来表处单边带相位噪声功率谱密度与信号总功率之比来表处单边带相位噪声功率谱密度与信号总功率之比来表处单边带相位噪声功率谱密度与信号总功率之比来表示，单位示，单位示，单位示，单位dB/Hz dB/Hz 或或或或dBcdBc/Hz/Hz，如：某，如：某，如：某，如：某VCOVCO离中心频率离中心频率离中心频率离中心频率10KHz10KHz的相噪的相噪的相噪的相噪-90dBc/Hz-90dBc/Hzn n产生缘由：由于相邻信号的干扰，频率合成器的输出
12、产生缘由：由于相邻信号的干扰，频率合成器的输出产生缘由：由于相邻信号的干扰，频率合成器的输出产生缘由：由于相邻信号的干扰，频率合成器的输出信号将不再是一个正弦波，而成为一调幅调相波。信号将不再是一个正弦波，而成为一调幅调相波。信号将不再是一个正弦波，而成为一调幅调相波。信号将不再是一个正弦波，而成为一调幅调相波。l l相位噪声相位噪声相位噪声相位噪声n n相位噪声在振荡器输出信号中的表示相位噪声在振荡器输出信号中的表示相位噪声在振荡器输出信号中的表示相位噪声在振荡器输出信号中的表示由于振荡器存在有源器件、电阻等噪声及外部干扰，它们由于振荡器存在有源器件、电阻等噪声及外部干扰，它们通过振荡器这个
13、非线性系统时，对它的输出信号幅度和相通过振荡器这个非线性系统时，对它的输出信号幅度和相位都可能进行调制，实际振荡器的输出信号是调幅调相波。位都可能进行调制，实际振荡器的输出信号是调幅调相波。2001年9月-12月8通信电路原理-无九单频信号的频谱及相位噪声单频信号的频谱及相位噪声单频信号的频谱及相位噪声单频信号的频谱及相位噪声2001年9月-12月9通信电路原理-无九相位噪声相位噪声相位噪声相位噪声在振荡器输出信号中的表示在振荡器输出信号中的表示在振荡器输出信号中的表示在振荡器输出信号中的表示n第一项为载波电压第一项为载波电压VomcosVomcos ct,ct,其次项为载波信号其次项为载波信
14、号VomsinVomsin ctct受受到相位噪声到相位噪声n(t)n(t)调制的双边带信号。振荡器输出信号的频谱调制的双边带信号。振荡器输出信号的频谱是一根载波频谱和被搬移到载波两边的相位噪声频谱的叠加。是一根载波频谱和被搬移到载波两边的相位噪声频谱的叠加。n n对于频率合成器，寄生调幅的影响较小，只考虑相噪对于频率合成器，寄生调幅的影响较小，只考虑相噪对于频率合成器，寄生调幅的影响较小，只考虑相噪对于频率合成器，寄生调幅的影响较小，只考虑相噪n相位噪声的特点：相位噪声的特点：在在=o处为无穷大，距离中心频率越远，其值越小。处为无穷大，距离中心频率越远，其值越小。噪声频噪声频谱与谐振回路有载
15、谱与谐振回路有载Q值有关，值有关，Q值越大，曲线越尖锐，相位噪值越大，曲线越尖锐，相位噪声衰减得越快。声衰减得越快。提高振荡回路的提高振荡回路的Q值是减小相噪的关键值是减小相噪的关键2001年9月-12月10通信电路原理-无九u干脆频率合成法干脆频率合成法干脆频率合成法干脆频率合成法 接受对频率具有加减乘除四则运算功能的混频器、倍频器、分频器和具有选频功能的滤波器的不同组合来实现频率合成的方法，一般称为干脆频率合成法。倍频器倍频器分频器分频器混频器混频器 频率间隔为频率间隔为：离散频率数由倍频器的可变倍频次数M确定。主要缺点：有较多的非线性电路，可能产生寄生干扰，使输出主要缺点：有较多的非线性
16、电路，可能产生寄生干扰，使输出信号频谱纯度降低。接入了大量的、滤波性能要求较高的频带信号频谱纯度降低。接入了大量的、滤波性能要求较高的频带滤波器，从而使设备体积浩大，造价也特别昂贵。滤波器，从而使设备体积浩大，造价也特别昂贵。2001年9月-12月11通信电路原理-无九干脆频率合成（续）干脆频率合成（续）干脆频率合成（续）干脆频率合成（续）举例举例 1：已知基准频率：已知基准频率=1MHz。分频分频分频分频分频分频混频混频混频混频倍频倍频带通带通滤波滤波带通带通滤波滤波谐波发生器谐波发生器晶振晶振缺点：缺点：频率范围有限；频率范围有限；离散频率数不能太多；离散频率数不能太多；输出信号中的寄生频
17、率成输出信号中的寄生频率成分和相位噪声显著加大；分和相位噪声显著加大；设备变得浩大。设备变得浩大。2001年9月-12月12通信电路原理-无九u 锁相频率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法l锁相频率合成器，由基准频率产生器和锁相环路两部锁相频率合成器，由基准频率产生器和锁相环路两部分组成分组成l基准频率产生器为合成电路供应一个或几个高稳准的基准频率产生器为合成电路供应一个或几个高稳准的参考频率参考频率l锁相环路利用其良好的窄带跟踪特性，使频率精确地锁相环路利用其良好的窄带跟踪特性，使频率精确地锁定在参考频率上，并使被锁定的频率具有与参考频锁定在参考频率上，并使被锁定的频率具有与参
18、考频率一样的频率稳定度和较高的频谱纯度率一样的频率稳定度和较高的频谱纯度l锁相频率合成器的性能，取决于这两部分的性能，尤锁相频率合成器的性能，取决于这两部分的性能，尤其是环路的跟踪特性、滤波特性和噪声特性其是环路的跟踪特性、滤波特性和噪声特性l 主要优点：系统结构简洁；输出频率成分的频谱主要优点：系统结构简洁；输出频率成分的频谱纯度高；易于得到大量的离散频率；易于集成化。纯度高；易于得到大量的离散频率；易于集成化。l 主要缺点：频率转换时间长；单环频率合成器主要缺点：频率转换时间长；单环频率合成器的频率间隔不能做得很小。的频率间隔不能做得很小。2001年9月-12月13通信电路原理-无九锁相频
19、率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法锁相频率合成法VCOLFPD程序分频器程序分频器频道选择频道选择（1）数字锁相频率合成器基本原理）数字锁相频率合成器基本原理返回一返回一返回二返回二n n 是参考频率，由晶体振荡器振荡频率分频得到。是参考频率，由晶体振荡器振荡频率分频得到。是参考频率，由晶体振荡器振荡频率分频得到。是参考频率，由晶体振荡器振荡频率分频得到。n n当环路锁定时，鉴相器两输入信号的频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号的频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号的频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号的频率相等。n n变更变更变更变更N N即可获得不同的输出频率。即可获得不同的
20、输出频率。即可获得不同的输出频率。即可获得不同的输出频率。2001年9月-12月14通信电路原理-无九l当当 =100kHz，分频比，分频比N在在31316范围内变更时，范围内变更时，输出频率范围将为输出频率范围将为3.131.6MHz，频率间隔为，频率间隔为100KHz。l 当当 =100Hz，分频比，分频比N=3000039999时，时，输出频率将为输出频率将为33.9999MHz，频率间隔为，频率间隔为100Hz。例如，上图中频率合成器输出频率为：例如，上图中频率合成器输出频率为：l l分频比分频比分频比分频比N N范围确定时，频率间隔越大（辨别力越低），范围确定时，频率间隔越大（辨别力
21、越低），范围确定时，频率间隔越大（辨别力越低），范围确定时，频率间隔越大（辨别力越低），频率合成器工作范围越宽。频率合成器工作范围越宽。频率合成器工作范围越宽。频率合成器工作范围越宽。数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续1）2001年9月-12月15通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续2 2）探讨）探讨）探讨）探讨(2)、参考频率参考频率 对环路性能的影响对环路性能的影响 输出频率的辨别力，等于输入鉴相器的参考频率，即输出频率的辨别力，等于输入鉴相器的参考频率，即 越小，越小，输出信号的频率辨别力将越高。输出信号的频
22、率辨别力将越高。小环路频率转换时间小环路频率转换时间 大大，因此减小因此减小 与减小与减小 及抑制及抑制VCO噪声往往成了对噪声往往成了对频率合成器提出的相互冲突的要求。频率合成器提出的相互冲突的要求。对于输出频率较高，当 很小时，分频比N的变更将很大，此时环路途性化传递函数也变更很大，如N11000，开环增益有60dB变更，影响环路的动态工作性能。上图上图n n 小，对抑制小，对抑制小，对抑制小，对抑制VCOVCO噪声不利。噪声不利。噪声不利。噪声不利。(为抑制为抑制为抑制为抑制 及其谐波及其谐波及其谐波及其谐波环路带宽应小于环路带宽应小于环路带宽应小于环路带宽应小于 ）2001年9月-12
23、月16通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续3 3）(3)、可编程分频器工作速度的影响、可编程分频器工作速度的影响 对于一个分频比固定的分频器，目前已有工作在对于一个分频比固定的分频器，目前已有工作在500MHz、800MHz甚至千兆赫的集成器件可供选用。甚至千兆赫的集成器件可供选用。可编程分频器的工作频率则要低很多，可编程分频器的工作频率则要低很多，TTL部件构成的部件构成的可编程分频器，上限频率约为几十可编程分频器，上限频率约为几十MHz，CMOS部件构成部件构成的可编程分频器，上限频率则更低。的可编程分频器，上限频率则更
24、低。而大多数通信系统的工作频率则要上百、上千而大多数通信系统的工作频率则要上百、上千MHz。可编程分频器是数字锁相频率合成器的重要部件。可编程分频器是数字锁相频率合成器的重要部件。其分频比的数目，确定了合成器输出信道的数目。程序分频器的输入频率，也是合成器的输出频率。程序分频器的输入频率，也是合成器的输出频率。存在合成器输出频率与可编程分频器的工作速度之间存在合成器输出频率与可编程分频器的工作速度之间的冲突。的冲突。上图上图2001年9月-12月17通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续4 4）方案）方案）方案）方案（1）、含
25、前置分频器的锁相频率合成器）、含前置分频器的锁相频率合成器n在主分频器前，接入在主分频器前，接入分频比恒定分频比恒定的前置分频器，以降低主的前置分频器，以降低主分频器分频器（可编程分频）（可编程分频）的工作频率。的工作频率。鉴相鉴相VCO低通低通主分频器主分频器 前置分频器前置分频器参考分频器参考分频器晶振晶振n当变更当变更N时，输出频率将为以时，输出频率将为以 为间隔的离散频率系列。为间隔的离散频率系列。n可见本方案是以加大频率间隔为代价，换取合成器工作在可见本方案是以加大频率间隔为代价，换取合成器工作在较高的频段。较高的频段。2001年9月-12月18通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（
26、续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续5 5）（2）接受吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器）接受吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器1、吞脉冲可变分频器组成框图、吞脉冲可变分频器组成框图N大于大于A频道选择频道选择主计数器主计数器模式限制模式限制协助计数协助计数器器 双模前置双模前置分频器分频器“1”-计计数数“0”-停停止止“1”-“0”-返回返回去鉴相器去鉴相器去鉴相器去鉴相器来自来自来自来自VCOVCO2001年9月-12月19通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续6 6）模式限制电路为高电平常，
27、双模分频器的分频比为 。模式限制电路为低电平常，双模分频器的分频比为 。N（主计数器）A（协助计数器）。计数起始时，设模式限制电路输出为高电平，则输入端重复频率为 的脉冲输入时，双模分频器和两计数器同时计数，直到协助计数器计满A个脉冲，使模式限制电路输出电平降为低电平，双模分频器分频比变为P。此后接着输入脉冲，双模分频器与主分频器接着工作，直到主计数器计满N，模式限制电路重新复原高电平，双模分频器复原（P+1）分频比，各部件进入其次个计数周期为止。在一个计数周期内，总计脉冲量为：在一个计数周期内，总计脉冲量为：上图上图2001年9月-12月20通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频
28、率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续7 7）吞脉冲分频比为：吞脉冲分频比为：接受吞脉冲分频器构成频率合成器时，其最小频率间隔可以做到等于 ，而输出频率 则为：频率辨别力仍为频率辨别力仍为 ，环路频率转换时间没有变更。这是，环路频率转换时间没有变更。这是因为上式中有和项（因为上式中有和项（A为分频比的个位）为分频比的个位）。2001年9月-12月21通信电路原理-无九数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续数字锁相频率合成器（续7 7）2、接受吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器、接受吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器鉴相鉴相VCO低通低通晶振晶振双模前置
29、双模前置分频器分频器主计数器主计数器协助计数协助计数器器 模式限制模式限制参考分频器参考分频器“1”-“0”-频道选择频道选择频道选择频道选择2001年9月-12月22通信电路原理-无九方案（方案（方案（方案（3 3）、多环频率合成器）、多环频率合成器）、多环频率合成器）、多环频率合成器解决单环解决单环解决单环解决单环频率间隔受限频率间隔受限频率间隔受限频率间隔受限PD1LF1VCO1可变N1100（-）PD3LF3VCO3PD2LF2VCO2可变N2频率间隔为频率间隔为频率间隔为频率间隔为f fi i/100/1002001年9月-12月23通信电路原理-无九好用频率合成器芯片并行码输入编程
30、好用频率合成器芯片并行码输入编程好用频率合成器芯片并行码输入编程好用频率合成器芯片并行码输入编程2001年9月-12月24通信电路原理-无九 接受接受接受接受MC145152MC145152MC145152MC145152的频率合成器电路的频率合成器电路的频率合成器电路的频率合成器电路R R204820482001年9月-12月25通信电路原理-无九西门子手机西门子手机西门子手机西门子手机芯片芯片芯片芯片PMB2307RPMB2307R 三总线限制三总线限制三总线限制三总线限制的频率合成器的频率合成器的频率合成器的频率合成器芯片芯片芯片芯片2001年9月-12月26通信电路原理-无九 PMB2
31、307 PMB2307频率合成器电路频率合成器电路频率合成器电路频率合成器电路2001年9月-12月27通信电路原理-无九举例举例2：若含吞脉冲分频器的锁相频率合成器，其双模分频器若含吞脉冲分频器的锁相频率合成器，其双模分频器的分频数为的分频数为41/40，主计数的，主计数的N=31023，协助计数，协助计数器的器的A=3127，已知参考频率，已知参考频率=5KHz，要使输出频，要使输出频率率=136.550MHz，两计数器，两计数器N和和A应预置于何值？应预置于何值？2001年9月-12月28通信电路原理-无九 举例举例可列出：可列出：27310=40N+A频率点数：频率点数：4万多。万多。
32、解解：由由 和和 可得出合成器环路分频器的分频数应为：可得出合成器环路分频器的分频数应为：先忽视先忽视A，求得：，求得：N=27310/40=682.75，取，取N=682则余数则余数A值为：值为：A=27310-40682=30即当即当 =5kHz时，将时，将N、A两计数器分别置于两计数器分别置于N=682和和A=30，即可使输出频率即可使输出频率=136.550MHz。2001年9月-12月29通信电路原理-无九u干脆数字频率合成（干脆数字频率合成（DDS）n通过对相位的运算进行频率合成。通过对相位的运算进行频率合成。主要优点：相位连续；辨别力高（可达主要优点：相位连续；辨别力高（可达0.
33、001Hz）；工作频）；工作频率范围宽，简洁做到极低的频率；转换频率的时间短（几乎率范围宽，简洁做到极低的频率；转换频率的时间短（几乎是即时的频率转换），以及成本低、限制敏捷等。是即时的频率转换），以及成本低、限制敏捷等。主要缺点：输出频率上限不太高，受限于器件可用的最高主要缺点：输出频率上限不太高，受限于器件可用的最高时钟频率；总输出噪声电平较高。时钟频率；总输出噪声电平较高。（Direct Digtial Frequency Synthesis简称简称DDFS或或DDS）是近年来发展起来的一种将先进的数字处理理论与方法引入是近年来发展起来的一种将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域的一
34、项新技术（第三代）。信号合成领域的一项新技术（第三代）。n n主要的理论依据是时域抽样定理主要的理论依据是时域抽样定理主要的理论依据是时域抽样定理主要的理论依据是时域抽样定理。2001年9月-12月30通信电路原理-无九l干脆数字频率合成基本原理干脆数字频率合成基本原理干脆数字频率合成基本原理干脆数字频率合成基本原理（1）时域抽样定理，即）时域抽样定理，即Nyquist定理定理 对于随意一个频带小于 的连续信号s(t)，假如以 的间隔对它进行等间隔地抽样，则所得到的离散抽样值包含着连续信号s(t)的全部信息，通过这些抽样值可以复原s(t)。余弦信号可表示为：余弦信号可表示为：抽样信号为：抽样信
35、号为：假如能构造一个抽样信号假如能构造一个抽样信号 ，并使其通过一个志向的，并使其通过一个志向的低通滤波器，就能得到连续变更的模拟余弦信号低通滤波器，就能得到连续变更的模拟余弦信号s(t)。2001年9月-12月31通信电路原理-无九lDDSDDS的基本结构的基本结构的基本结构的基本结构相位累加器、只读存储器和数模转换器三个环节主要完成抽样相位累加器、只读存储器和数模转换器三个环节主要完成抽样函数的函数的 构造过程，而滤波器是完成将抽样函数构造过程，而滤波器是完成将抽样函数 复原成正弦波的过程。复原成正弦波的过程。时时 钟钟相相 位位累加器累加器只只 读读存储器存储器数数 模模转换器转换器滤波
36、器滤波器频率频率限制字限制字K信号输出信号输出2001年9月-12月32通信电路原理-无九n n相位累加器在频率限制字和时钟脉冲的作用下输出合成相位累加器在频率限制字和时钟脉冲的作用下输出合成相位累加器在频率限制字和时钟脉冲的作用下输出合成相位累加器在频率限制字和时钟脉冲的作用下输出合成波形的相位序列。波形的相位序列。波形的相位序列。波形的相位序列。n n只读存储器内存储着与相位序列对应的正弦幅度数据码，只读存储器内存储着与相位序列对应的正弦幅度数据码，只读存储器内存储着与相位序列对应的正弦幅度数据码，只读存储器内存储着与相位序列对应的正弦幅度数据码，而存储单元地址码即为该相位序列，因此当相位
37、序列对而存储单元地址码即为该相位序列，因此当相位序列对而存储单元地址码即为该相位序列，因此当相位序列对而存储单元地址码即为该相位序列，因此当相位序列对ROMROM寻址时，寻址时，寻址时，寻址时，ROMROM输出幅度码。输出幅度码。输出幅度码。输出幅度码。n n幅度码经幅度码经幅度码经幅度码经DACDAC输出阶梯波形输出阶梯波形输出阶梯波形输出阶梯波形n n再经低通滤波器后，输出所需的正弦波形。再经低通滤波器后，输出所需的正弦波形。再经低通滤波器后，输出所需的正弦波形。再经低通滤波器后，输出所需的正弦波形。lDDSDDS工作过程工作过程工作过程工作过程2001年9月-12月33通信电路原理-无九
38、l DDSDDSDDSDDS特点特点特点特点n变更时钟频率变更时钟频率fcfc和频率限制字和频率限制字K K，可以变更输出信号频，可以变更输出信号频率率nDDSDDS最低输出频率为最低输出频率为K=1K=1时，时，fomin=fc/2Nfomin=fc/2Nn最高频率，依据奈奎斯特取样定理，可达最高频率，依据奈奎斯特取样定理，可达fomax=fc/2fomax=fc/2，一般要求不大于，一般要求不大于fc/4fc/4，即一个正弦波周期，至少取，即一个正弦波周期，至少取4 4个点个点nDDSDDS输出频率的辨别力就是它的最小输出频率：只要输出频率的辨别力就是它的最小输出频率：只要N N足够大，足够大，DDSDDS的分辩力就足够的高的分辩力就足够的高nDDSDDS依靠依靠ROMROM的地址线位数的地址线位数A A（或（或DACDAC的位数的位数D D）来保证正）来保证正弦波的幅度精度，靠相位累加器的位数弦波的幅度精度，靠相位累加器的位数N N来保证其分辩来保证其分辩力力2001年9月-12月34通信电路原理-无九