頻率合成技術

頻率合成技術匯報：XXXXXX2023/3/91

頻率合成技術起步于上世紀30年代，至今已有七十年的歷史。其原理是通過一個或多個參考信號源的線性運算，在某一頻段內，產生多個離散頻率點?；诖嗽碇瞥傻念l率源稱為頻率合成器。頻率合成技術發(fā)展歷史及概論2023/3/92

頻率合成器是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分，是決定整個電子系統(tǒng)系統(tǒng)性能的關鍵設備，不僅在通信、雷達、電子對抗等軍事領域，更在廣播電視、遙控遙測、儀器儀表等民用領域得到了廣泛的應用。隨著電子技術在各領域內占有越來越重要的地位，現(xiàn)代雷達和精確制導等高精尖電子系統(tǒng)對頻率合成器的各項指標提出了越來越高的要求，推動了頻率合成技術的發(fā)展。頻率合成技術發(fā)展歷史及概論2023/3/93

初期的頻率合成技術采用一組晶體組成的晶體振蕩器，輸出頻率點由晶體個數(shù)決定，頻率準確度和穩(wěn)定度由晶體性能決定，頻率切換由人工手動完成。隨著時間的推移，頻率合成技術理論的完善和微電子技術的發(fā)展，后來的科學家不斷的提出了若干頻率合成方法，現(xiàn)代的頻率合成技術主要經歷了三個階段：直接模擬頻率合成、間接頻率合成和直接數(shù)字頻率合成。頻率合成技術發(fā)展歷史及概論2023/3/94石英晶振頻率穩(wěn)定度和準確度很高，但改換頻率不方便；LC振蕩器改換頻率方便，但不如石英晶振精準；頻率合成器是將二者結合起來，得到精準的一系列頻率。分類：2023/3/95(1).輸出頻率范圍，是頻率合成器輸出的最低頻率和最高頻率之間的變化范圍。一般來說，輸出的帶寬越高越容易滿足系統(tǒng)對于頻率源的需求。(2).頻率分辨率，是輸出頻率兩個相鄰頻率點之間的最小間隔。作為標準信號源的頻率合成器，頻率分辨率越精細越好。(3).頻率切換時間，是輸出頻率由一個頻率切換到另一個指定的頻率的時間，電子對抗時的頻率跳變對此有著極高的要求。(4).頻譜純度，頻譜的噪聲包括雜散分量和相位噪聲兩方面，雜散又稱為寄生信號，主要由頻率合成過程中的非線性失真產生；相位噪聲是衡量輸出信號相位抖動大小的參數(shù)。(5).頻率穩(wěn)定度，是指在規(guī)定的時間間隔內，頻率合成器輸出頻率偏離指定值的數(shù)值，由作為參考信號源的時鐘和各種隨機噪聲決定。(6).調制性能，頻率合成器是否具有調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)功能。頻率合成技術主要技術指標2023/3/96

一、直接模擬頻率合成（DAS）二、鎖相式頻率合成（PLL）

三、直接數(shù)字頻率合成（DDS）2023/3/97直接模擬頻率合成（DAS）

直接模擬頻率合成技術是一種早期的頻率合成技術，它用一個或幾個參考頻率源經諧波發(fā)生器變成一系列諧波，再經過混頻、分頻、倍頻和濾波等處理產生大量的離散頻率。這種方法的優(yōu)點是頻率轉換時間短、相位噪聲低，但由于采用大量的混頻、分頻、倍頻和濾波等途徑，使頻率合成體積大、成本高、結構復雜、容易產生雜散分量且難于抑制。不能實現(xiàn)單片集成，逐漸被鎖相頻率合成，直接數(shù)字頻率合成技術代替。2023/3/98

間接頻率合成(IndirectFrequencySynthesis,IS)技術，是上世紀40年根據(jù)控制理論的線性伺服環(huán)路發(fā)展起來的頻率合成技術。又稱為鎖相式頻率合成(PhaseLockedLoopFrequencySynthesis,PLLFS)技術，原因在于它的工作原理是把一個或者多個基準頻率源通過倍頻、混頻和分頻等，產生大量的諧波或組合頻率，使用鎖相環(huán)由壓控振蕩器鎖定某一頻率間接產生所需要的頻率。鎖相式頻率合成（PLL）2023/3/99

常用結構是數(shù)?；旌系逆i相環(huán)，主要包括數(shù)字鑒相器、分頻器、模擬環(huán)路濾波和壓控振蕩器等電路。優(yōu)點在于相噪低，雜散抑制高，輸出頻帶范圍大，頻率穩(wěn)定度高，并且因為避免大量使用濾波器，基于這種技術的頻率合成器容易集成化。鎖相式頻率合成（PLL）2023/3/910直接數(shù)字頻率合成（DDS）DDS的基本原理是利用采樣定理,通過查表法產生波形。DDS的結構有很多種,其基本的電路原理可用下圖來表示：實際上，可以將要輸出的波形數(shù)據(jù)（如正弦函數(shù)表）預先存在ROM（或RAM）中，然后在系統(tǒng)標準時鐘（CLK）頻率下，按照一定的順序從ROM（或RAM）單元中讀出數(shù)據(jù)，再進行D/A轉換，就可以得到一定頻率的輸出波形。2023/3/911直接數(shù)字頻率合成（DDS）波形存儲2023/3/912直接數(shù)字頻率合成（DDS）

相位累加器由N位加法器與N位相位寄存器級聯(lián)構成。每來一個時鐘脈沖fc,加法器將頻率控制字M與相位寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加,把相加后的結果送至相位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。相位寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端,以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。2023/3/913直接數(shù)字頻率合成（DDS）1,將存于ROM中的數(shù)字波形，經DAC，形成模擬量波形。2,改變尋址的步長來改變輸出信號的頻率。

步長即為對數(shù)字波形查表的相位增量。由累加器對相位增量進行累加,累加器的值作為查表地址。3,DAC輸出的階梯形波形,經低通濾波，成為模擬波形。2023/3/914直接數(shù)字頻率合成（DDS）

頻率控制2023/3/915

直接數(shù)字頻率合成（DDS）相位控制2023/3/916相位累加器的值作為ROM的地址，讀取ROM的相位幅度，實現(xiàn)相位到幅度的轉換。直接數(shù)字頻率合成（DDS）波形存儲2023/3/917直接數(shù)字頻率合成（DDS）2023/3/918頻率分辨率高，輸出頻點多，可達2的N次方個頻點(N為相位累加器位數(shù))；頻率切換速度快，可達us量級；頻率切換時相位連續(xù)；可以輸出寬帶正交信號；輸出相位噪聲低，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用；可以產生任意波形；全數(shù)字化實現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。最常見的信號源類型包括任意波形發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器，RF信號源，以及基本的模擬輸出模塊。信號源中采用DDS技術在當前的測試測量行業(yè)已經成為主流的做法。直接數(shù)字頻率合成（DDS）優(yōu)點2023/3/919（1）輸出頻帶范圍有限

由于DDS內部DAC和波形存儲器(ROM)的工作速度限制,使得DDS輸出的最高頻率有限。目前市場上采用CMOS、TYL、ECL工藝制作的DDS芯片,工作頻率一般在幾十MHz至400MHz左右。采用GaAs工藝的DDS芯片工作頻率可達2GHz左右。（2）輸出雜散大

由于DDS采用全數(shù)字結構,不可避免地引入了雜散。其來源主要有三個：相位累加器相位舍位誤差造成的雜散;幅度量化誤差(由存儲器有限字長引起)造成的雜散和DAC非理想特性造成的雜散。直接數(shù)字頻率合成（DDS）缺點2023/3/9201．DDS跳頻通信中的應用

現(xiàn)代戰(zhàn)場的特殊通信環(huán)境下，不但存在各種干擾信號，而且要防止通信頻段被竊聽和監(jiān)視，因此跳頻通信成為主要的通信手段。為了抵抗跟蹤式干擾和轉發(fā)式干擾，對跳頻系統(tǒng)的跳速提出了更高的要求。利用DDS為核心的通信系統(tǒng)，不但能滿足性能上對頻率高速跳變的需求，更由于數(shù)字化結構的優(yōu)勢在體積、重量和價格上成為戰(zhàn)術通信的發(fā)展方向。直接數(shù)字頻率合成（DDS）應用2023/3/921直接數(shù)字頻率合成（DDS）應用2．DDS在雷達系統(tǒng)中的應用

由于DDS在輸出帶寬方面的限制，至今仍無法完全替代PLL頻率合成技術在雷達系統(tǒng)中的地位。但是DDS＋PLL混合頻率合成系統(tǒng)，可以靈活地產生不同載波頻率、不同脈沖寬度以及不同脈沖重復頻率等參數(shù)構成的信號，為雷達系統(tǒng)的設計提供了全新的思路。2023/3/922直接數(shù)字頻率合成（DDS）應用3．DDS在數(shù)字通信中的應用DDS的NCO部分全數(shù)字結構，只要插入合適的邏輯就可以方便的對信號實現(xiàn)各種調制，在實際應用中，往往與單片機相配合，滿足通信系統(tǒng)對頻率源的復雜需求。在AD公司的單片產品中，集成了存儲器和寄存器，可以方便用戶對頻率源的編程進行存儲。2023/3/923直接數(shù)字頻率合成（DDS）應用4．DDS在函數(shù)發(fā)生器中的應用

在模擬分析研究中，經常需要函數(shù)發(fā)生器來產生實時模仿的高精密信號。而利用DDS技術的函數(shù)發(fā)生器，只要在碼表ROM中存儲相應的正弦波、方波、三角波和鋸齒波等波形，即可以根據(jù)需要產生各種信號。2023/3/924END!2023/3/9252023/3/9261、高達300MHz的系統(tǒng)時鐘；2、能輸出一般調制信號，F(xiàn)SK，BPSK，PSK，CHIRP，AM