直接數(shù)字頻率合成器（DDS）應用的頻率規(guī)劃

dds基本知識與頻率規(guī)劃的意義
dds被定義為是一種由固定頻率參考時鐘源產(chǎn)生正弦波的數(shù)字技術(shù)。需要注意的是，參考時鐘源的動態(tài)性能會直接影響到dds的輸出頻譜。dds有如下優(yōu)點：

⑴ dds的輸出頻率是數(shù)字可調(diào)的，它具有小于1hz的頻率分辨率。

⑵ 輸出正弦波的相位是數(shù)字可調(diào)的，該特性對于那些需要多個dds互相同步的應用非常有用。

dds在結(jié)構(gòu)上由三部分構(gòu)成：⑴ 累加器；⑵ 角度幅度轉(zhuǎn)換器，它將數(shù)字相位值轉(zhuǎn)換為數(shù)字幅度值；⑶ 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。adi公司所有dds的dac都是電流輸出形式。

dds頻率規(guī)劃是指在應用范圍內(nèi)提供最佳動態(tài)性能的一種嘗試，對于許多應用來說，這就意味著在感興趣的帶寬內(nèi)提供最大的無雜散動態(tài)范圍，或者稱作sfdr。為了獲得最大的sfdr值，需要進行一些dds頻率規(guī)劃。一個好的頻率規(guī)劃首先是要根據(jù)應用所給定的性能標準選擇合適的dds器件，然后規(guī)劃并預算出dds的主要雜散源。

頻率規(guī)劃的主要內(nèi)容及其操作

頻率規(guī)劃的內(nèi)容主要有以下幾方面：

1. dds主要雜散源的判定、內(nèi)容判定、主要雜散源的框圖。

2. dds參考時鐘的重要性。

3. 利用簡單的公式或模型預測dds所有雜散的頻率位置。

4. 相位截斷雜散，相位幅度轉(zhuǎn)換雜散和參考時鐘雜散的幅度估計?？梢苑浅＝频氐玫竭@些雜散的幅度。

5. dac斜波雜散，用一個簡單的模型進行模擬。

6. 數(shù)字開關(guān)的饋通信號雜散。

以上操作的目的是為了得到最大的sfdr。
頻率規(guī)劃一般需要確定四種雜散源，它們是參考時鐘源，相位截短，角度幅度轉(zhuǎn)換和dac非線性。每一種雜散源，它們的頻率位置都是可以預測的。

參考時鐘對dds輸出的影響：

⑴ 參考時鐘性能會直接影響到dds的輸出性能。

⑵ 參考時鐘的雜散頻率會以相同的固定頻率偏移傳遞到dds的輸出。

⑶ 參考時鐘的噪聲會以相同的方式傳遞到dds的輸出。

⑷ dds輸出的參考時鐘雜散或噪聲的幅度會隨著控制字的減小而減小?？梢杂孟率奖磉_： dbc=20log(ref clk/dds output)

⑸ 如果使用了內(nèi)置參考時鐘倍頻器，參考時鐘的所有噪聲和雜散都會在pll環(huán)路帶寬內(nèi)按照下式放大：

dbc=20log(ref clk 的倍頻數(shù)，數(shù)值為4~20)。

在知道了參考時鐘的這些影響后，便能夠很快地確定dds輸出中的雜散會不會是由參考時鐘引起的。

相位截短對dds輸出的影響：

相位截短的原因是相位累加器在每個參考時鐘周期中沒有將所有的相位信息送給角度幅度轉(zhuǎn)換器。相位截短對dds輸出的影響：

⑴ 相位截短會對dds輸出產(chǎn)生相位調(diào)制。

⑵ 丟棄的比特位的內(nèi)容并不會被相位累加器丟棄。 ⑶ dds輸出的頻率分辨率由控制字的全字長決定，并不受相位截短的影響。

⑷ 相位截短雜散的頻率位置是可以預測的。

⑸ 相位截短雜散的幅度與送入角度幅度轉(zhuǎn)換器的相位字長n有關(guān)，可以表示為dbc=-6.02n

相位幅度轉(zhuǎn)換對dds輸出雜散的影響

這種雜散的幅度在dds輸出雜散中居第二位。相位幅度轉(zhuǎn)換對dds輸出雜散的影響：

⑴ 有限的幅度分辨率在dac的輸入端產(chǎn)生一個幅度誤差信號，它調(diào)制dds輸出。

⑵ 相位幅度轉(zhuǎn)換引起的最大雜散的頻率位置可以預測。這類預測方法是最新才找到的。

⑶ 最大雜散與基頻的諧波有關(guān)。這是預測其頻率位置的關(guān)鍵因素。

⑷ 最大雜散的幅度通常會比dac的量化噪聲大約低12dbc或更多，具體數(shù)值取決于相位轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。

dac對輸出信號雜散頻率的影響

dac雜散主要是由dac的非理想開關(guān)特性和直流非線性引起的。它們會將這些雜散頻率的能量分配到基波的較低次基波諧波中，這是預測雜散頻率位置的關(guān)鍵。dac對輸出信號雜散頻率的影響：

⑴ dac通常是造成dds輸出中最大雜散的因素。

⑵ dac非線性誤差和非理想開關(guān)特性是造成最大雜散的原因。二者都會產(chǎn)生諧波失真。

⑶ 大部分的諧波失真能量都集中在基頻的低次諧波上，主要是二次和三次諧波。 ⑷ 隨著基頻頻率的增大，非理想開關(guān)特性成為引起諧波失真增大的主要原因。

一般地，得到最大sfdr的關(guān)鍵是找到參考時鐘頻率和頻率控制之間的最佳比例關(guān)系。

數(shù)字開關(guān)饋通雜散

dds內(nèi)部的數(shù)字信號的高擺率能夠產(chǎn)生瞬時噪聲耦合到dac的輸出，但這種噪聲耦合是不能消除的。同樣來自外部噪聲源的耦合也不能消除。它們都會影響dds輸出的頻譜。但這些噪聲通?？梢酝ㄟ^改善pcb的布線來解決。

數(shù)字開關(guān)饋通雜散的主要影響是：

⑴ 片上的數(shù)字時鐘或外置時鐘都會影響到dds的 輸出頻譜。

⑵ 這些時鐘會對參考時鐘進行相位調(diào)制，對dac輸出進行幅度調(diào)制，從而引起基頻周圍的混疊分量。

⑶ 好的pcb布線有一定的改善作用。好的pcb布線包括使用大面積的接地層和電源層，分開模擬和數(shù)字電源，旁路電路盡可能靠近電源引腳。

⑷ 輸入?yún)⒖紩r鐘和dac的輸出為差分方式，可以降低共模噪聲。

表1總結(jié)了可預測的影響dds的五個雜散源。