L波段直接數(shù)字式快跳頻率合成器設(shè)計

摘要：介紹了DDS技術(shù)，并且設(shè)計出一種基于DDS芯片的快跳頻率合成器，它具有工作頻率高、頻率切換速度快、相位噪聲低等特點(diǎn)，有較高的實(shí)用價值。
關(guān)鍵詞：直接數(shù)字合成；AD9912；頻率合成器

隨著高速大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，近年出現(xiàn)了新的頻率合成方法——直接數(shù)字式頻率合成(DDS)。本文主要采用DDS芯片
AD9912設(shè)計出一種L波段快跳頻率合成器。具有工作頻率高、頻率切換速度快和相位噪聲低等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 DDS工作原理
DDS主要包括相位累加器、波形存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、和參考時鐘五部分。在參考時鐘的控制下，相位累加器對頻率控制字K進(jìn)行線形累加，得到相位碼φ(n)對波形存儲器進(jìn)行尋址，使之輸出相應(yīng)的幅度碼，經(jīng)高速D／A轉(zhuǎn)換器得到相對應(yīng)的階悌波，最后經(jīng)低通濾波器得到連所需頻率的續(xù)變化的波形。DDS工作原理框圖如圖1所示。

1．2 DDS性能特點(diǎn)
由于DDS采用不同于傳統(tǒng)頻率合成方法的全數(shù)字結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)極短的頻率轉(zhuǎn)換時間，可達(dá)納秒量級。
DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)。其頻率轉(zhuǎn)換時間主要由頻率控制字改變時間和各器件頻率響應(yīng)時間所決定，時鐘頻率越高，頻率控制字改變時間越短。
(2)頻率分辨率高，可達(dá)微赫茲量級。DDS輸出頻率的分辨率和頻點(diǎn)數(shù)隨相位累加器的位數(shù)的增長而呈指數(shù)增長，分辨率高達(dá)μHz。
(3)DDS相位連續(xù)。DDS在改變頻率時只需改變頻率控制字(即累加器累加步長)，而不需改變原有的累加值，故改變頻率時相位是連續(xù)的。
(4)相位噪聲小。DDS的相位噪聲主要取決于參考源的相位噪聲。
(5)其他優(yōu)點(diǎn)。DDS中幾乎所有部件都屬于數(shù)字電路，易于集成、功耗低、體積小、重最輕、可靠性高，易于程控，使用靈活。
但DDS也存在一些局限性，主要表現(xiàn)在：
(1)直接輸出頻帶范圍有限。
(2)雜散抑制差。

2 頻率合成方案的選擇與性能分析
需要設(shè)計的L波段跳頻頻率合成器是應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的跳頻源，它為通信系統(tǒng)提供了其需要的不斷變化的頻率。這種按照某一特定方式不斷跳變的頻率，使通信系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性為了適應(yīng)信號傳輸并有效地抑制干擾，要求工作頻帶較寬、跳頻速度較高、工作頻點(diǎn)較多。目前基于DDS技術(shù)的方案主要有以下幾種：
2．1 DDS+PLL頻率合成的方案
DDS具有極高的分辨率，極快的頻率轉(zhuǎn)換速度，但輸出頻率不是很高。因此現(xiàn)在人們往往把DDS與PLL組合在一起應(yīng)用，既利用DDS極高的頻率分辨率來改善頻率的步進(jìn)間隔，也利用PLL進(jìn)行倍頻輸出高頻率。方案原理框圖如圖2所示。