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直接數(shù)字頻率合成,直接數(shù)字頻率合成的原理,構(gòu)成,優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)|維庫(kù)電子通

 海岸紅樹林 2012-06-12

直接數(shù)字頻率合成[瀏覽次數(shù):約379次]

  •   直接數(shù)字頻率合成是一種新的頻率合成技術(shù)和信號(hào)產(chǎn)生的方法,具有超高速的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、極高的頻率分辨率分辨率和較低的相位噪聲,在頻率改變與調(diào)頻時(shí),DDS能夠保持相位的連續(xù),因此很容易實(shí)現(xiàn)頻率、相位和幅度調(diào)制。此外,DDS技術(shù)大部分是基于數(shù)字電路技術(shù)的,具有可編程控制的突出優(yōu)點(diǎn)。因此,這種信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,很多廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了DDS專用芯片,這種器件成為當(dāng)今電子系統(tǒng)及設(shè)各中頻率源的首選器件。

直接數(shù)字頻率合成的原理

  • 直接數(shù)字頻率合成的原理

      工作過程為:

      1, 將存于數(shù)表中的數(shù)字波形,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 的供應(yīng)商D/A,形成模擬量波形.

      2, 兩種方法可以改變輸出信號(hào)的頻率:

      (1),改變查表尋址的時(shí)鐘CLOCK的頻率, 可以改變輸出波形的頻率.

      (2), 改變尋址的步長(zhǎng)來(lái)改變輸出信號(hào)的頻率.DDS即采用此法. 步長(zhǎng)即為對(duì)數(shù)字波形查表的相位增量.由累加器對(duì)相位增量進(jìn)行累加, 累加器的值作為查表地址.

      3, D/A輸出的階梯形波形,經(jīng)低通(帶通)濾波,成為質(zhì)量符合需要的模擬波形.

直接數(shù)字頻率合成系統(tǒng)的構(gòu)成

  •   直接數(shù)字頻率合成主要由標(biāo)準(zhǔn)參考頻率源、相位累加器、波形存儲(chǔ)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、低通平滑濾波器等構(gòu)成。其中,參考頻率源一般是一個(gè)高穩(wěn)定度的晶體振蕩器,其輸出信號(hào)用于DDS中各部件同步工作。DDS的實(shí)質(zhì)是對(duì)相位進(jìn)行可控等間隔的采樣。

直接數(shù)字頻率合成的優(yōu)缺點(diǎn)

  •   (1)輸出頻率相對(duì)帶寬較寬

      輸出頻率帶寬為50%fs(理論值)。但考慮到低通濾波器的特性和設(shè)計(jì)難度以及對(duì)輸出信號(hào)雜散的 抑制,實(shí)際的輸出頻率帶寬仍能達(dá)到40%fs。

     ?。?)頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短

      DDS是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng),無(wú)任何反饋環(huán)節(jié),這種結(jié)構(gòu)使得DDS的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短。事實(shí)上,在 DDS的頻率控制字改變之后,需經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期之后按照新的相位增量累加,才能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn) 換。因此,頻率時(shí)間等于頻率控制字的傳輸,也就是一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。時(shí)鐘頻率越高,轉(zhuǎn)換時(shí) 間越短。DDS的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)納秒數(shù)量級(jí),比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。

      (3)頻率分辨率極高

      若時(shí)鐘fs的頻率不變,DDS的頻率分辨率就是則相位累加器的位數(shù)N決定。只要增加相位累加器的 位數(shù)N即可獲得任意小的頻率分辨率。目前,大多數(shù)DDS的分辨率在1Hz數(shù)量級(jí),許多小于1mHz甚 至更小。

      (4)相位變化連續(xù)

      改變DDS輸出頻率,實(shí)際上改變的每一個(gè)時(shí)鐘周期的相位增量,相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的,只是在 改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變,因而保持了信號(hào)相位的連續(xù)性。

     ?。?)輸出波形的靈活性

      只要在DDS內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制FM、調(diào)相控制PM和調(diào)幅控制AM,即可以方便靈活地實(shí) 現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能,產(chǎn)生FSK、PSK、ASK和MSK等信號(hào)。另外,只要在DDS的波形存儲(chǔ)器 存放不同波形數(shù)據(jù),就可以實(shí)現(xiàn)各種波形輸出,如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當(dāng) DDS的波形存儲(chǔ)器分別存放正弦和余弦函數(shù)表時(shí),既可得到正交的兩路輸出。

     ?。?)其他優(yōu)點(diǎn)

      由于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、重量輕、可靠性高,且易于程控,使用相當(dāng)靈活,因此性價(jià) 比極高。

      DDS也有局限性,主要表現(xiàn)在:

      (1)輸出頻帶范圍有限

      由于DDS內(nèi)部DAC和波形存儲(chǔ)器(ROM)的工作速度限 制,使得DDS輸出的最高頻有限。目前市場(chǎng)上采用CMOS、 TTL、ECL工藝制作的DDS工習(xí)片,工作頻率一般在幾十 MHz至400MHz左右。采用GaAs工藝的DDS芯片工作頻 率可達(dá)2GHz左右。

     ?。?)輸出雜散大

      由于DDS采用全數(shù)字結(jié)構(gòu),不可避免地引入了雜散。其來(lái) 源主要有三個(gè):相位累加器相位舍位誤差造成的雜散;幅 度量化誤差(由存儲(chǔ)器有限字長(zhǎng)引起)造成的雜散和DAC 非理想特性造成的雜散。

直接數(shù)字頻率合成的實(shí)現(xiàn)

  •   1,采用高性能DDS單片電路的解決方案

      2,采用分立IC電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),一般有CPU,RAM,ROM,D/A,CPLD,模擬濾波器等組成

      3,CPLD,FPGA實(shí)現(xiàn)

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