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基于DDS的短波射频频率源设计方案解析
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2017-11-08
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介绍了直接数字频率合成（DDS）的结构和原理，并将DDS技术应用于短波射频通信频率源中。实现了一种基于单片机+DDS可编程低噪声频率源，输出信号范围46.5~75 MHz.实验结果表明，该频率源具有频率分辨率高、相位噪声低等优点，满足短波射频通信系统对频率源的设计要求。
频率源是现代短波射频通信系统的核心，对整个系统的正常运行起着决定性的作用。作为射频电路与系统的核心设备，频率源的好坏关系着整个系统的稳定性。现在的频率合成技术正朝着杂散和相位噪声更低的方向发展，同时还要求有更宽的频带和更高的频率分辨率。直接数字频率合成（DDS）正是在这种需求背景下发展起来的，它具有极微小的频率调谐和相位分辨能力。融合了模拟和数字技术的DDS是产生高质量、高频谱纯度、宽频带频率的理想方法。文中基于ADI公司的AD9912芯片提出一个直接频率合成方案，输出频率范围为46.5~75MHz.
1 DDS基本工作原理
直接频率合成器DDS本质上是一种高分辨率的数字分频器。通过频率调节字来分频系统时钟，以输出所需的频率。DDS有两个显着特点：（1）DDS工作在数字域，其输出频率、相位和幅度可以在数字处理器的控制下，精确而快速地变换；（2）其频率分辨率主要取决于频率调节字的位数，可以达到极高的频率分辨率。
典型的DDS原理框图如图1所示。它主要包括：相位累加器，相位-幅度变换器，数/模变换器和低通滤波器。
图1典型的DDS原理框图
（1）相位累加器。
对于正弦波而言，虽然幅度不是线性的，但其相位却是线性变化的，这正是DDS能够合成正弦波的基础。DDS根据频率调节字的位数N，把0°~360°的相位变化平均分成2N等份。假设系统参考时钟为fs；输出频率为fout.在每个时钟周期转过一个角度360°/2N，则可以产生一个频率为fs/2N的正弦波的相位增量。因此，只需选择恰当的频率调节字M，使得fout/fs=M/2N，就可以得到所需的输出频率fout.
频率源是现代短波射频通信系统的核心，对整个系统的正常运行起着决定性的作用。作为射频电路与系统的核心设备，频率源的好坏关系着整个系统的稳定性。现在的频率合成技术正朝着杂散和相位噪声更低的方向发展，同时还要求有更宽的频带和更高的频率分辨率。直接数字频率合成（DDS）正是在这种需求背景下发展起来的，它具有极微小的频率调谐和相位分辨能力。融合了模拟和数字技术的DDS是产生高质量、高频谱纯度、宽频带频率的理想方法。文中基于ADI公司的AD9912芯片提出一个直接频率合成方案，输出频率范围为46.5~75MHz.
1 DDS基本工作原理
直接频率合成器DDS本质上是一种高分辨率的数字分频器。通过频率调节字来分频系统时钟，以输出所需的频率。DDS有两个显着特点：（1）DDS工作在数字域，其输出频率、相位和幅度可以在数字处理器的控制下，精确而快速地变换；（2）其频率分辨率主要取决于频率调节字的位数，可以达到极高的频率分辨率。
典型的DDS原理框图如图1所示。它主要包括：相位累加器，相位-幅度变换器，数/模变换器和低通滤波器。
图1典型的DDS原理框图
（1）相位累加器。
对于正弦波而言，虽然幅度不是线性的，但其相位却是线性变化的，这正是DDS能够合成正弦波的基础。DDS根据频率调节字的位数N，把0°~360°的相位变化平均分成2N等份。假设系统参考时钟为fs；输出频率为fout.在每个时钟周期转过一个角度360°/2N，则可以产生一个频率为fs/2N的正弦波的相位增量。因此，只需选择恰当的频率调节字M，使得fout/fs=M/2N，就可以得到所需的输出频率fout.
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