频率合成技术有哪些_频率合成技术的应用盘点

　　频率合成技术的发展过程

　　频率合成技术的理论起源于二十世纪30年代左右，至今己有八十多年的历史。早期的频综是由一组晶振组成，需要多少个输出频点，由晶体的数目所决定。需要由人工来实现频率切换，主要由晶体来决定频率的准确度和稳定度，很少与电路有关。现在这种频率合成方式已经被非相干合成的方法所取代，尽管非相干合成同样使用了晶体，但其工作方式是由少量晶体来产生多种频率的。对比早期的频率合成方式，非相干合成器不仅降低了成本，而且提高了所合成频率的稳定性。但是研制这种由几块晶体所构成的晶振是一个非常复杂的过程，而且成本较高。因此随着频率合成技术的发展，相干合成法也就被科学家提了出来。

　　最初的相干合成法主要是直接频率合成（Direct Frequency Synthesis简称DFS）。此合成方法是利用倍频、分频、混频的方法对一个或几个参考源频率经过加、减、乘、除运算直接产生所需要频率的方法。这种方法由于频率转化时间短，相位噪声低等优点，因此在频率合成领域也占有一定的地位，但由于所生成的频率是采用大量的倍频、分频、混频所得，使得直接式频率合成器体积大、杂散多且难于抑制、结构复杂、成本及功耗高，故该DFS己基本被淘汰。

　　在DFS之后出现了间接频率合成（Indirect Frequency Synthesis）。间接频率合成主要是指锁相环PLL（Phase-Locked Loop）频率合成。此合成方法是把相位反馈和锁相技术用于频率合成中，这种合成方法具有输出频率高、相位噪声低、抑制杂散好、成本低和易于集成等优点，因此在频率合成领域占有一席之地。但是传统PLL的频率合成器由于采用闭环控制，因此输出频率改变后，要想重新达到稳定则所需的时间较长。所以PLL频率合成器同时做到较高的频率分辨率和较快的频率切换时间是很困难的。

　　频率合成技术简介

　　频率合成技术是电子对抗与电子系统实现高性能指标的关键，很多现代电子设备和系统的功能实现都直接依赖于所用频率合成器的性能，频率合成器的性能好坏直接影响雷达、导航、通信、空间电子设备及仪器、仪表等现代设备的性能。

　　频率合成技术有哪些

　　1、直接数字式频率技术，即DDS技术。

　　2、锁相环频率合成技术，即PLL。

　　3、DDS+PLL技术。

　　

　　频率合成技术指标

　　频率合成技术有各种技术指标，而其技术指标反映了频率合成技术的优缺点，下面就对若干基本的技术指标加以介绍。

　　（l）频率范围。频率合成器输出的最大合成频率fmax和最小合成频率fmin决定了频率范围，通常可用相对带宽来衡量频率范围。

　　（2）分辨率。频率合成输出的两离散频率点之间的最小间隔，即为输出频率的分辨率，不同场合的需要对频率分辨率的要求也不同。

　　（3）切换时间。是指从一个频率切换到另一个频率达到稳定时，并且在其有效的相位误差范围内所需要的时间，切换时间与频率合成器的电路形式密切相关。

　　（4）频谱纯度。是指输出信号频谱的纯净程度，通常以信号的相位噪声和杂散分量来衡量频谱纯度。

　　（5）频率稳定度与准确度。频率稳定度是指输出频率在规定的时间内与标称值间的偏差程度，由偏差程度可分为长期、短期和瞬时稳定度。频率准确度是指实际频率与标准频率的误差。频率的稳定度与准确度密切相关的，因为只有在频率稳定度足够高的前提下，其相应的频率准确度才有实际意义。

　　频率合成技术优缺点

　　（1） 频率切换速度快；

　　（2） 极高的频率分辨率；

　　（3） 频率切换时保持相位的连续性；

　　（4） 相对带宽很宽；

　　（5） 全数字化实现便于单片集成。

　　主要缺点是工作频率受到限制，相噪及杂散相对较高。

　　

　　频率合成技术的应用盘点

　　1、实时模拟仿真的高精密信号

　　在DDS 的波形存储器中存入正弦波形及方波、三角波、锯齿波等大量非正弦波形数据，然后通过手控或用计算机编程对这些数据进行控制，就可以任意改变输出信号的波形。利用DDS具有的快速频率转换、连续相位变换、精确的细调步进的特点，将其与简单电路相结合就构成精确模拟仿真各种信号的的最佳方式和手段。这是其它频率合成方法不能与之相比的。例如它可以模拟各种各样的神经脉冲之类的波形，重现由数字存储示波器（DSO） 捕获的波形。

　　2、实现各种复杂方式的信号调制

　　DDS 也是一种理想的调制器，因为合成信号的三个参量： 频率、相位和幅度均可由数字信号精确控制，因此DDS 可以通过预置相位累加器的初始值来精确地控制合成信号的相位，从而达到调制的目的。

　　现代通信技术中调制方式越来越多，BPSK， QPSK， MSK 都需要对载波进行精确的相位控制。而DDS 的合成信号的相位精度由相位累加器的位数决定。一个32 位的相位累加器可产生43 亿个离散的相位电平， 而相位精度可控制在8X10一3 度的范围内，因此， 在转换频率时，只要通过预置相位累加器的初始值，即可精确地控制合成信号的相位，很容易实现各种数字调制方式。

　　3、实现频率精调，作为理想的频率源

　　DDS 能有效地实现频率精调，它可以在许多锁相环（PLL） 设计中代替多重环路。在一个PLL 中保持适当的分频比关系，可以将DDS的高频率分辨率及快速转换时间特性与锁相环路的输出频率高、寄生噪声和杂波低的特点有机地结合起来，从而实现更为理想的DDS+PLL 混合式频率合成技术。

　　在频率粗调时用PLL 来覆盖所需工作频段，选择适当的分频比可获得较高的相位噪声，而DDS 被用来覆盖那些粗调增量，在其内实现频率精调。这种方案以其优越的相位稳定性和极低的颤噪效应满足了各种系统对频率源苛刻的技术要求。这也是目前开发应用DDS技术最广泛的一种方法。采用这种方案组成的频率合成器已在很高的频率上得以实现。

　　当然，DDS 的应用不仅限于这些，它还可用于核磁谐振频谱学及其成像、检测仪表等。 随着DDS 集成电路器件速度的飞速发展，它已成为一种可用于满足系统频率要求的重要而灵活的设计手段。

　　4、频率合成技术在通信电路中的应用

　　直接数字频率合成器是现代频率合成的主要工具，它有频率分辨率高，频率转化快等众多优点。这种器件被广泛应用于众多领域。 在CORDIC 算法中，对数据的操作只有移位和加/减， 易于用硬件实现的。而且CORDIC 算法也容易流水线实现，可以在计算系统中的高速进行。