DDS+PLL頻率合成技術(shù)與應(yīng)用

在現(xiàn)代電子測(cè)量、雷達(dá)、通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗等技術(shù)領(lǐng)域中，具有頻率范圍寬，分辨率高，轉(zhuǎn)換快速的多種模式的信號(hào)源是重要和必不可少的。20世紀(jì)70～80年代大都采用鎖相頻率合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頻率范圍為DC(MHz)～幾十GHz，分辨率達(dá)到MHz的信號(hào)源。雖然轉(zhuǎn)換速度不高（幾十μs到ms量級(jí)），但已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代電子系統(tǒng)中；與此同時(shí)，各種規(guī)格的鎖相頻率合成技術(shù)的信號(hào)源產(chǎn)品也投入到國(guó)際市場(chǎng)。

隨著電子技術(shù)和集成電路的飛速發(fā)展，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，出現(xiàn)了頻率分辨率高（MHz量級(jí)），頻率轉(zhuǎn)換快（μs到ns量級(jí)）的DDS大規(guī)模芯片，輸出信號(hào)的頻率上限基本止在HF或VHF頻段內(nèi)，比PLL合成技術(shù)以及直接模擬合成技術(shù)所得到的信號(hào)頻率低。當(dāng)要求得到既有高的頻率分辨率，又有較快的轉(zhuǎn)換速度和較低噪聲的超高頻(UHF)，甚至微波信號(hào)時(shí)，DDS+PLL技術(shù)就顯示出了強(qiáng)大的生命力。

一、Q2230的基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)的頻率合成器

Q2230是QUALCOMM公司生產(chǎn)的一種單片單通道85 MHz的DDS器件。它有串并行控制接口，采用85 MHz的時(shí)鐘，可以合成出DC～34 MHz，具有20 MHz分辨率的信號(hào)頻率范圍。它的基本組成框圖如圖1所示。

它由頻率控制緩沖器、頻率控制寄存器、相位累加器、相位累加寄存器、正弦檢索表5個(gè)部分組成，設(shè)有串并行輸入控制的頻率控制寄存器、32位的高速相位寄存器及輸出12位的正弦量。

頻率控制緩沖器 將輸入代表頻率的數(shù)碼暫存起來(lái)。

頻率控制寄存器 在寫入脈沖的作用下，將緩沖器中的代表頻率的二進(jìn)制碼寫入該寄存器。

相位累加器 根據(jù)寄存器的代表頻率的字，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的相位進(jìn)行抽樣。

圖2示出了相位步長(zhǎng)△ψ與輸出頻率的關(guān)系。

正弦檢索表將相應(yīng)累加器輸出的離散數(shù)字變換為相應(yīng)的正弦波形離散幅度數(shù)字，再經(jīng)外接的D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器就可獲得正弦信號(hào)。

圖3示出了用Q2230組成的頻率合成器及工作波形。

1．頻率控制值的計(jì)算

根據(jù)DDS調(diào)諧方程

當(dāng)fs為40 MHz，輸出頻率為12.5 MHz時(shí)，可以按上式計(jì)算出頻率控制值的相位步長(zhǎng)字，以便控制頻率變化。

因此通過改變寫入到頻率控制寄存器的頻率字△ψ的大小，可達(dá)到精確改變輸出頻率的目的。

2．頻率分辨率的計(jì)算設(shè)頻率分辨率fr為

當(dāng)fs=40 MHz時(shí)

3．最低頻率和最高頻率的計(jì)算

芯片中相位累加器的步長(zhǎng)M-32，當(dāng)相位累加器的相位取樣步長(zhǎng)M-1時(shí)，參考時(shí)鐘相位的取樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到最大值為△ψ=1，此時(shí)DDS輸出的頻率fo為最低，即fomin=fs/232。40 MHz時(shí)，fomin=0. 01 Hz。當(dāng)相位字長(zhǎng)Aψ=232時(shí)，輸出頻率fomax=AφXfs/232。根據(jù)取樣定理，輸出信號(hào)基波最高頻率應(yīng)低于所用參考時(shí)鐘頻率的一半，fomax=20 MHz，實(shí)際中只能用到fs的40%，即16 MHz。