第10章 信號(hào)發(fā)生器

1、10.1 信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器概述 10.2 鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器10.3 直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器第第10章章 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器是為電子測(cè)量提供符合一定技術(shù)要求電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器是為電子測(cè)量提供符合一定技術(shù)要求電信號(hào)的儀器設(shè)備，其輸出信號(hào)的波形、頻率、幅度等參數(shù)是已知的。儀器設(shè)備，其輸出信號(hào)的波形、頻率、幅度等參數(shù)是已知的。 10.1 信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器概述 1、照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為：正弦信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。 2、按照輸出信號(hào)的頻率范圍分類(lèi)，信號(hào)發(fā)生器一般分為

2、：低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器，也可以細(xì)分為超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻多種信號(hào)發(fā)生器， 3、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成的不同，可分為：傳統(tǒng)的通用信號(hào)發(fā)生器和智能型的合成信號(hào)發(fā)生器兩類(lèi)。 10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 一、一、 分類(lèi)分類(lèi)信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種正弦信號(hào)發(fā)生器是應(yīng)用最廣泛的信號(hào)發(fā)生器，這是因?yàn)檎倚盘?hào)發(fā)生器是應(yīng)用最廣泛的信號(hào)發(fā)生器，這是因?yàn)檎倚盘?hào)容易產(chǎn)生、容易描述，任何線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性正弦信號(hào)容易產(chǎn)生、容易描述，任何線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性都是通過(guò)對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表

3、征。正弦信號(hào)也是應(yīng)用最廣都是通過(guò)對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表征。正弦信號(hào)也是應(yīng)用最廣泛的載波信號(hào)。泛的載波信號(hào)。 10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 1 1、照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為：、照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為： 正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器（本章重點(diǎn)討論內(nèi)容）（本章重點(diǎn)討論內(nèi)容）、 脈沖信號(hào)發(fā)生器、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、 噪聲信號(hào)發(fā)生器等。 2 2、按照輸出信號(hào)的頻率范圍，可分為：、按照輸出信號(hào)的頻率范圍，可分為： 可分為：低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器，可分為：低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器， 可細(xì)分：超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻信號(hào)發(fā)生器可細(xì)分：

4、超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻信號(hào)發(fā)生器 10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 分類(lèi)分類(lèi) 頻率范圍頻率范圍超低頻信號(hào)發(fā)生器0.0001Hz10000 Hz低頻信號(hào)發(fā)生器1Hz1MHz視頻信號(hào)發(fā)生器20Hz10MHz高頻信號(hào)發(fā)生器200kHz30MHz甚高頻信號(hào)發(fā)生器30M Hz300MHz超高頻信號(hào)發(fā)生器300MHz以上 3 3、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成不同分類(lèi)、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成不同分類(lèi) 傳統(tǒng)的通用信號(hào)發(fā)生器傳統(tǒng)的通用信號(hào)發(fā)生器 智能型的合成信號(hào)發(fā)生器智能型的合成信號(hào)發(fā)生器10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 傳統(tǒng)傳統(tǒng)通用

5、信號(hào)發(fā)生器：是指采用諧振等方法產(chǎn)生頻率的一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器。其中低頻信號(hào)發(fā)生器常以RC文氏電橋振蕩器做主振器，高頻信號(hào)發(fā)生器常以LC振蕩器做主振器。 這種以RC、LC為主振器的信號(hào)源中，頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到10-210-4量級(jí)。 這類(lèi)儀器主要由模擬電路組成，其輸出信號(hào)頻率和幅度的調(diào)節(jié)需要用人工的方法通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕、開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出幅度一般采用表頭指示，操作自動(dòng)化程度不夠高。 10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 智能型合成信號(hào)發(fā)生器智能型合成信號(hào)發(fā)生器：頻率合成是以一個(gè)或幾個(gè)石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率為基準(zhǔn)頻率，通過(guò)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，得到一系列所需要的頻率，且這些頻

6、率的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度可以達(dá)到與基準(zhǔn)頻率相同的水平（日穩(wěn)定度優(yōu)于10-8量級(jí)的頻率）。 能支持在很寬的范圍內(nèi)對(duì)輸出頻率進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制工作；可產(chǎn)生多種輸出波形。 合成信號(hào)發(fā)生器一般需要采用微處理器作為控制電路，它的組成是一種典型的智能儀器架構(gòu)，儀器操作具有較高的自動(dòng)化程度。合成信號(hào)發(fā)生器將是應(yīng)用最廣泛的信號(hào)發(fā)生器。 10.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 二、二、正弦信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)性能指標(biāo) 正弦信號(hào)容易產(chǎn)生，容易描述，任何線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，都需要用它對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表征，因而，正弦信號(hào)發(fā)生器幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量中，是最普通、

7、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器。 正弦信號(hào)發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 二、二、正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器的的性能指標(biāo)性能指標(biāo) （一）頻率特性（一）頻率特性1. 1. 頻率范圍頻率范圍 2. 2. 頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度（二）輸出特性（二）輸出特性1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 3. 3. 輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度 4. 輸出電平準(zhǔn)確度輸出電平準(zhǔn)確度 5. 輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度 （三）調(diào)制特性（三）調(diào)制特性 正弦

8、信號(hào)發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 二、二、正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器的的性能指標(biāo)性能指標(biāo) （一）頻率特性（一）頻率特性 例如，XD1型信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為1Hz1MHz，分六擋即六個(gè)頻段，輸出頻率是連續(xù)的。為了保證有效頻率范圍連續(xù)，兩相鄰頻段間存在公共部分。 又例如，HP- 8660C型頻率合成信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率范圍為10kHz2600MHz，輸出頻率是離散的，分辨率為1Hz、共可提供約26億個(gè)分離的頻率點(diǎn)。 1. 1. 頻率范圍：頻率范圍：指信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的頻率范圍，在頻率范圍內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器的各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)該都能得到保證

9、，因而，準(zhǔn)確地說(shuō)，該指標(biāo)應(yīng)稱(chēng)“有效頻率范圍”。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率范圍太寬時(shí)，可以分為若干個(gè)頻段。頻率調(diào)節(jié)可以是連續(xù)的，也可以是離散的。二、二、正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器的的性能指標(biāo)性能指標(biāo) （一）頻率特性（一）頻率特性 頻率準(zhǔn)確度實(shí)際上是輸出信號(hào)頻率的工作誤差。 傳統(tǒng)通用信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度一般為0.5 10 頻率合成信號(hào)發(fā)生器其輸出信號(hào)頻率具有基準(zhǔn)頻率（晶振）的準(zhǔn)確度，可達(dá)到10-6以上。 2. 2. 頻率準(zhǔn)確度：頻率準(zhǔn)確度：是指信號(hào)發(fā)生器預(yù)調(diào)值（即儀器度盤(pán)指示或數(shù)字顯示的頻率值）與實(shí)際輸出的信號(hào)頻率值之間的偏差，通常用相對(duì)誤差表示 %100000fffff 沒(méi)有足夠的頻率穩(wěn)定度，就

10、不可能保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)沒(méi)有足夠的頻率穩(wěn)定度，就不可能保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)確度。一般情況下，信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)比它的頻率準(zhǔn)確確度。一般情況下，信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)比它的頻率準(zhǔn)確度高度高1 12 2個(gè)數(shù)量級(jí)，個(gè)數(shù)量級(jí)， 3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 ：指外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率相對(duì)于預(yù)調(diào)值變化的大小。 短期頻率穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意15分鐘內(nèi)所發(fā)生的最大變化；長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意3小時(shí)內(nèi)所發(fā)生的最大變化。 頻率穩(wěn)定度表達(dá)式為： %1000minmaxfff二、二

11、、正弦信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)性能指標(biāo) 1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 ：信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗視信號(hào)發(fā)生器的類(lèi)型不同而異。 低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗一般為600（或1k）； 高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有50或75。 （二）輸出特性（二）輸出特性 信號(hào)發(fā)生器作為一個(gè)激勵(lì)源應(yīng)具有一定的內(nèi)阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)信號(hào)發(fā)生器作為一個(gè)激勵(lì)源應(yīng)具有一定的內(nèi)阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器接人被測(cè)電路的輸入端時(shí)，被測(cè)電路將被看作是一個(gè)負(fù)載，生器接人被測(cè)電路的輸入端時(shí)，被測(cè)電路將被看作是一個(gè)負(fù)載，因而存在著一個(gè)負(fù)載匹配的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在高頻頻段尤為重因而存在著一個(gè)負(fù)載匹配的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在高頻頻段尤為重要。要。 二、二、正弦信號(hào)發(fā)生

12、器的正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)性能指標(biāo) 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 ：是指信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度的有效范圍，是指信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即所能提供的最小和最大輸出電壓的可調(diào)范圍。即所能提供的最小和最大輸出電壓的可調(diào)范圍。 一般高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度范圍為一般高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度范圍為0.1V1V，而，而電平振蕩器的輸出電平范圍為電平振蕩器的輸出電平范圍為-60dB+10dB。 （二）輸出特性（二）輸出特性 為了在不過(guò)多犧牲信噪比的情況下輸出微伏（為了在不過(guò)多犧牲信噪比的情況下輸出微伏（V）級(jí)的?。┘?jí)的小信號(hào)電壓，信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)中一般都設(shè)置有衰減器。例如，信號(hào)電壓

13、，信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)中一般都設(shè)置有衰減器。例如，XD-1型信號(hào)發(fā)生器最大信號(hào)電壓為型信號(hào)發(fā)生器最大信號(hào)電壓為5V，通過(guò)，通過(guò)080dB的步進(jìn)的步進(jìn)衰減，最低可輸出衰減，最低可輸出500V的信號(hào)電壓。的信號(hào)電壓。 二、二、正弦信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)性能指標(biāo) 3. 3. 輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度 輸出電平的穩(wěn)定度是指輸出電平隨時(shí)間的變化輸出電平的穩(wěn)定度是指輸出電平隨時(shí)間的變化; ;平坦度是平坦度是指在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時(shí)指在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時(shí), ,輸出電平的變化輸出電平的變化, ,即輸出電平即輸出電平的頻響。的頻響。 4. 4. 輸出電平準(zhǔn)確度輸出電

14、平準(zhǔn)確度 由輸出電路的電平準(zhǔn)確度、輸出衰減器換檔誤差、表頭刻由輸出電路的電平準(zhǔn)確度、輸出衰減器換檔誤差、表頭刻度誤差以及輸出電平平坦度幾項(xiàng)誤差共同決定。度誤差以及輸出電平平坦度幾項(xiàng)誤差共同決定。 5. 5. 輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度 通常用非線性失真來(lái)表征低頻信號(hào)發(fā)生器輸出波形的好壞；通常用非線性失真來(lái)表征低頻信號(hào)發(fā)生器輸出波形的好壞；而用頻譜純度表征高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的質(zhì)量。而用頻譜純度表征高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的質(zhì)量。（二）輸出特性（二）輸出特性10.1.2 通用信號(hào)發(fā)生器的組成通用信號(hào)發(fā)生器的組成 一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理

15、由主振級(jí)、連續(xù)衰減器（電位器）、電壓放大器、輸出衰減器、匹配變壓器（阻抗變換）和檢測(cè)用電壓表等組成。 設(shè)R1R2R，C1=C2=C時(shí)，振蕩頻率為 f = =一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 主振級(jí)：主振級(jí)：一般采用RC正弦波振蕩器。尤以文氏電橋振蕩器為最多。圖中R1、C1 、R2、C2組成正反饋電路，決定振蕩頻率；R3、R4組成負(fù)反饋電路，可自動(dòng)穩(wěn)頻。221121CRCRRC21二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 10.1.3 10.1.3 合成信號(hào)發(fā)生器的組成合成信號(hào)發(fā)生器的組成 合成信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)或多個(gè)晶體作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用合成信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)或

16、多個(gè)晶體作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用電路的加、減、乘、除而產(chǎn)生一系列的離散頻率，因此合成信電路的加、減、乘、除而產(chǎn)生一系列的離散頻率，因此合成信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)具有很強(qiáng)的頻率精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)具有很強(qiáng)的頻率精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。 合成信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的改變是基于對(duì)環(huán)路分頻比，合合成信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的改變是基于對(duì)環(huán)路分頻比，合成信號(hào)發(fā)生器一般都采用微處理器系統(tǒng)作為控制器。成信號(hào)發(fā)生器一般都采用微處理器系統(tǒng)作為控制器。 合成信號(hào)發(fā)生器的基本組成框圖：合成信號(hào)發(fā)生器的基本組成框圖： 合成信號(hào)發(fā)生器的核心部件可大致分為頻率合成部分和輸出合成信號(hào)發(fā)生器的核心部件可大致分為頻率合成部分和輸出部分

17、（含寬帶放大、步進(jìn)衰減及部分（含寬帶放大、步進(jìn)衰減及ALCALC電路等）。電路等）。 頻率合成部分用于產(chǎn)生用戶(hù)置定的頻率；頻率合成部分用于產(chǎn)生用戶(hù)置定的頻率； 輸出部分用于控制用戶(hù)置定的輸出幅度。使用時(shí)，用戶(hù)只要輸出部分用于控制用戶(hù)置定的輸出幅度。使用時(shí)，用戶(hù)只要通過(guò)儀器面板的按鍵輸入數(shù)據(jù)對(duì)頻率合成的頻率和輸出幅度值進(jìn)通過(guò)儀器面板的按鍵輸入數(shù)據(jù)對(duì)頻率合成的頻率和輸出幅度值進(jìn)行置定（并能予以顯示），便能輸出所需信號(hào)。行置定（并能予以顯示），便能輸出所需信號(hào)。 典型合成信號(hào)發(fā)生器的面板布置圖典型合成信號(hào)發(fā)生器的面板布置圖 上半部分為顯示區(qū)，下半部分為控制區(qū)。在控制區(qū)中，各控制鍵按調(diào)制、載波、單位等

18、不同功能分類(lèi)排列，因而操作簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)。 儀器的操作是通過(guò)操作鍵盤(pán)形成一定格式的指令，再由微處理器按指令去控制信號(hào)發(fā)生器中相應(yīng)的功能部件。 按鍵應(yīng)按Frequency123.456MHz 的順序操作。在按數(shù)字鍵和單位鍵時(shí)，顯示器應(yīng)顯示相應(yīng)的數(shù)字和單位。在這里，單位鍵還兼做執(zhí)行鍵，當(dāng)微處理器判定執(zhí)行鍵按下時(shí)，就會(huì)對(duì)從鍵盤(pán)輸入的數(shù)字、單位和小數(shù)點(diǎn)的位置碼進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)碼通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到頻率合成部分。 例如，若需要信號(hào)發(fā)生器輸出例如，若需要信號(hào)發(fā)生器輸出123.456MHz123.456MHz的頻率時(shí)，的頻率時(shí)，10.1 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 10.1.3 10.1.3 合成信號(hào)發(fā)生器的

19、組成合成信號(hào)發(fā)生器的組成 頻率合成的方法：頻率合成的方法：1、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法2、 鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法 （間接頻率合成法 ）3、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法 與以與以RCRC或或LCLC自激振蕩為主振級(jí)的信號(hào)發(fā)生器相比，信號(hào)源自激振蕩為主振級(jí)的信號(hào)發(fā)生器相比，信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度可以提高的頻率穩(wěn)定度可以提高3 34 4個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 頻率合成的方法：頻率合成的方法： 利用倍頻、分頻、混頻及濾波等技術(shù)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)利用倍頻、分頻、混頻及濾波等技術(shù)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需要的頻率。由于倍頻、分頻、混頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需要的

20、頻率。由于倍頻、分頻、混頻及濾波大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以這種方法稱(chēng)為直接頻及濾波大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以這種方法稱(chēng)為直接模擬頻率合成法。模擬頻率合成法。 優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，頻率切換速度快，相位噪聲低。優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，頻率切換速度快，相位噪聲低。 不足：需要大量混頻器、分頻器和濾波器，難于集成化，不足：需要大量混頻器、分頻器和濾波器，難于集成化，所以體積大，價(jià)格昂貴。所以體積大，價(jià)格昂貴。 1 1、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成的典型例子直接模擬頻率合成的典型例子 近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的頻率合成技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)按照一定的地址關(guān)系，讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的正弦取樣值

21、，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到一定頻率的正弦信號(hào)。該方法不僅可以直接產(chǎn)生正弦信號(hào)的頻率，而且還能可以給出初始相位，甚至可以給出不同形狀的任意波形，這是前兩種方法無(wú)法做到的。 利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，同時(shí)，利用一個(gè)基準(zhǔn)頻率，通過(guò)不同形式的鎖相環(huán)合成所需的各種頻率。由于鎖相頻率合成的輸出頻率間接取自VCO，所以該方式也稱(chēng)間接頻率合成法。 優(yōu)點(diǎn)：鎖相環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，節(jié)省了大量濾波器，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，且易于集成化、易于計(jì)算機(jī)控制。 不足：頻率切換時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。2鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法3直接數(shù)字頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法10.2 鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生

22、器鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器10.2.1 10.2.1 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式 1. 基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán)2. 倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán)3. 分頻鎖相環(huán)分頻鎖相環(huán)4. 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)5. 組合式鎖相環(huán)組合式鎖相環(huán)6. 小數(shù)分頻鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán) 在鎖相頻率合成器中，可以利用一個(gè)基本鎖相環(huán)把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，也可以通過(guò)不同形式的的鎖相環(huán)對(duì)基準(zhǔn)頻率頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算，合成所需的頻率。 10.2.1 10.2.1 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式 1.基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán) 基本鎖相環(huán)是由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成的閉

23、合環(huán)路，基本形式如圖1.基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán) 當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間只存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差，即 fo= fi。鎖相合成法正是利用鎖相環(huán)的這一特性，把VCO的輸出頻率穩(wěn)定在基準(zhǔn)頻率上，并把輸出頻率穩(wěn)定度提高到與基準(zhǔn)頻率同一量級(jí)。 2. 倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算的鎖相環(huán)稱(chēng)倍頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)倍頻環(huán)。它有數(shù)字倍頻環(huán)和脈沖倍頻環(huán)兩種形式。 在相位比較器中進(jìn)行比較的兩個(gè)信號(hào)的頻率是 fi 和 fo/N。很顯然，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，有fi = foN，即fo = N fi，從而達(dá)到倍頻。改變分頻器的分頻系數(shù)N，就能改變數(shù)字倍頻環(huán)的倍頻系數(shù)。 3.

24、 分頻鎖相環(huán)分頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行除法運(yùn)算的鎖相環(huán)稱(chēng)分頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)分頻環(huán)。它有數(shù)字分頻環(huán)和脈沖分頻環(huán)兩種形式。 4. 4. 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入頻率進(jìn)行加、減運(yùn)算的鎖相環(huán)叫混頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)能對(duì)輸入頻率進(jìn)行加、減運(yùn)算的鎖相環(huán)叫混頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)混頻環(huán)。它是在基本鎖相環(huán)支路中加入混頻器稱(chēng)混頻環(huán)。它是在基本鎖相環(huán)支路中加入混頻器 M M和和 帶通濾波帶通濾波器器 BPF BPF 形成的。形成的。 如果混頻器是差頻式，則 fi1 = fo- fi2，即輸出頻率為 fo = fi1 + fi2； 如果混頻器是和頻式，則如果混頻器是和頻式，則 fi1 = fo+fi2 ，即輸出頻率為，即

25、輸出頻率為 fo = fi1 - fi2 。 混頻環(huán)在頻率合成器中可用來(lái)提供頻率連續(xù)可調(diào)的輸出信號(hào)。 設(shè)晶體振蕩器的輸出頻率 fi1 = 2000KHz；內(nèi)插振蕩器的輸出頻率 fi2 =5060KHz；混頻器是差頻式。則合成后的輸出頻率fo = 20502060KHz連續(xù)可調(diào)。 內(nèi)插振蕩器一般采用LC振蕩器，其頻率穩(wěn)定度較低，但混頻環(huán)輸出頻率的穩(wěn)定度仍能維持在輸出頻率穩(wěn)定度的量級(jí)上 設(shè)晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度為110-6/日，即fi1 =2Hz/d，內(nèi)插振蕩器頻率穩(wěn)定度為110-4/日，即fi2=6Hz/日。因?yàn)?fo= fi1 + fi2，根據(jù)誤差公式，得fo =fi1 + fi2 ，則輸出頻

26、率穩(wěn)定度為fo/ fo 410-6/日，仍與基準(zhǔn)頻率的穩(wěn)定度在同一量級(jí)。 可見(jiàn)，利用混頻環(huán)，不僅能實(shí)現(xiàn)10KHz范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，而且fo 的頻率穩(wěn)定度仍可保持與晶振頻率穩(wěn)定度在同一量級(jí)。 單個(gè)鎖相環(huán)很難覆蓋較寬的頻率范圍。實(shí)際的合成信號(hào)發(fā)生器往往通過(guò)多種鎖相環(huán)組合而成。5. 5. 組合式鎖相環(huán)組合式鎖相環(huán)一個(gè)由混頻環(huán)和倍頻環(huán)組成的雙環(huán)合成單元，如圖所示：一個(gè)由混頻環(huán)和倍頻環(huán)組成的雙環(huán)合成單元，如圖所示：由倍頻環(huán)可得由倍頻環(huán)可得fo1 = N fi1，由混頻環(huán)可得由混頻環(huán)可得fo2 = fo1 + fi2 ，則則fo2 = N fi1 + fi2 調(diào)諧VCO2使倍頻環(huán)鎖定在N fi1上，能夠?qū)?/p>

27、現(xiàn)在很寬范圍內(nèi)的點(diǎn)頻覆蓋； 調(diào)諧內(nèi)插振蕩器的輸出頻率，可以實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)點(diǎn)頻之間頻率的連續(xù)可調(diào)。 若要實(shí)現(xiàn)在該頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，只需設(shè)計(jì)使混頻環(huán)中的內(nèi)插振蕩器輸出頻率fi2在100110 KHz之間連續(xù)可調(diào)，就可以把fi2 的10KHz連續(xù)可調(diào)范圍“插入”到N fi1的每?jī)蓚€(gè)相鄰鎖定點(diǎn)的間隔頻率之間，實(shí)現(xiàn)fo2在31005110 KHz的連續(xù)可調(diào)。 例如，若要求fo2 = 4235.5 KHz， 第一步，調(diào)節(jié)VCO2，使之鎖定在4130KHz（N=413）， 第二步，調(diào)節(jié)內(nèi)插震蕩器，使其輸出頻率fi2=105.5 KHz，則通過(guò)混頻環(huán)最后可合成 fo2 = 4130+105.5 = 4235.

28、5KHz。 例如，若fi1 = 10KHz，N = 300500，則倍頻環(huán)輸出范圍為30005000KHz，間隔為10KHz，共201個(gè)點(diǎn)頻。 目前，帶有鎖相環(huán)的頻率合成器無(wú)論在理論上或是在制作上都已達(dá)到成熟階段，而且實(shí)現(xiàn)了集成化。 集成化的鎖相環(huán)器件分為專(zhuān)用的集成鎖相環(huán)電路（定制LIC）和通用型集成鎖相環(huán)。在生產(chǎn)數(shù)量少、品種多的設(shè)備中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選擇通用型集成鎖相環(huán)。 10.2.2 通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器 該系列芯片有CD4046、74HC/74VHC4046、74VHC9046多種類(lèi)型，它們內(nèi)部構(gòu)成、引腳配置及性能稍有不同， 例如，CD4046的最高頻率約1

29、MHz，而74HC4046約為10MHz。另外，不同公司的同一類(lèi)型芯片其性能也可能有差別。一、一、74HC 4046 集成鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)7.2.2 通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器 它由一個(gè)線性VCO和三個(gè)相位比較器組成，使用時(shí)，只要在外部增加環(huán)路濾波器就可以構(gòu)成一個(gè)基本鎖相環(huán)。 一、一、74HC4046 集成鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)二、二、74HC 4046 集成鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)集成鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì) 頻率合成器可分為基本PLL部分和輸出部分。 在基本PLL部分，晶振頻率為10.24MHz，通過(guò)1024分頻可得到10KH z的基準(zhǔn)頻率；分頻器設(shè)定為110011000，

30、使VCO產(chǎn)生的信號(hào)頻率范圍為110MHz。 輸出部分設(shè)計(jì)有量程選擇器和緩沖器。 輸出部分有量程選擇器和緩沖器，PLL電路輸出的信號(hào)經(jīng)6級(jí)1/10分頻選擇，可以得到下述7個(gè)量程頻率范圍的輸出信號(hào) 10Hz量程：頻率范圍為110Hz，分辨力為10mHz； 100Hz量程：頻率范圍為10100Hz，分辨力為100mHz； 1kHz量程：頻率范圍為100Hz1KHz ，分辨力為1Hz； 10kHz量程：頻率范圍為110KHz，分辨力為10Hz； 100kHz量程：頻率范圍為10100KHz，分辨力為100Hz； 1MHz量程：頻率范圍為100KHz1MHz，分辨力為1KHz； 10MHz量程：頻率范圍

31、為110MHz，分辨力為10KH z 基本基本PLL部分的電路部分的電路 基準(zhǔn)時(shí)鐘電路主要由74HC4060和10.24MHz晶體振子組成。4060內(nèi)有振蕩電路和分頻器，產(chǎn)生的頻率為10.24MHz經(jīng)內(nèi)部1024分頻后得到了穩(wěn)定的10KHz基準(zhǔn)時(shí)鐘。圖中可調(diào)電容CV1用于對(duì)輸出頻率進(jìn)行微調(diào)，可以得到約50ppm的頻率精度?；净綪LL部分電路部分電路 由于片內(nèi)相位比較器和VCO在封裝時(shí)公用一個(gè)地，這樣相位比較器在公共阻抗上產(chǎn)生的脈沖電壓可能會(huì)混入VCO的輸入信號(hào)中。為了避免兩者之間的干擾，使用了兩片74HC4046，使相位比較器與VCO獨(dú)立，這樣相位比較器輸出的脈沖就不會(huì)影響VCO。 為了使

32、VCO輸出的頻率范圍能達(dá)到10倍，在74HC4046的引腳R1端接入了穩(wěn)壓二極管D1，使VCO的控制電壓按指數(shù)函數(shù)規(guī)律增加，展寬了VCO輸出的頻率范圍。 TC9198P是一種可編程的分頻器脈沖吞沒(méi)式計(jì)數(shù)器。當(dāng)MODE引腳接高電平時(shí)，器件設(shè)定為可編程的分頻器，并要求輸入并行的數(shù)據(jù)為BCD碼。在本電路中，D17引腳接高電平，D16引腳接地，則分頻器的最大設(shè)定范圍應(yīng)為59999，本電路使用的設(shè)定范圍為1001000。輸出部分電路輸出部分電路 輸出部分電路輸出部分電路 頻率合成器輸出部分量程選擇電路由3個(gè)雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390和1個(gè)8路選擇器74HC151組成。74HC390芯片構(gòu)成6級(jí)10分頻

33、器，各級(jí)10分頻器的輸出再由IC74HC151進(jìn)行選擇，從而得到7個(gè)量程頻率范圍的切換。 輸出緩沖采用能輸出較大電流的高速緩沖器74AC540。若只使用單個(gè)74AC540，驅(qū)動(dòng)50負(fù)載時(shí)電流不夠，因此采用4個(gè)緩沖電路（在同一封裝內(nèi)）并聯(lián)以增大驅(qū)動(dòng)電流，每個(gè)緩沖器的輸出端都串聯(lián)接入了一個(gè)200的電阻，總輸出阻抗為20。10.3 10.3 直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器 10.3.1 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)概述直接數(shù)字頻率合成技術(shù)概述 可以將把要輸出的正弦波形取樣數(shù)據(jù)預(yù)先順序存放在一段ROM單元中，然后在時(shí)鐘的控制下，順序從這些ROM單元中讀出，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，就可以得到一定

34、頻率的正弦波形信號(hào)。這就是DDS的基本原理。 設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為 fc ，一個(gè)正弦波由 個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)成，則輸出正弦波信號(hào)的頻率為： 一、一、 DDS的基本組成原理的基本組成原理Ncoff22N 設(shè)圖中的ROM有 個(gè)存儲(chǔ)單元（相應(yīng)有N位地址），并存儲(chǔ)了一個(gè)周期正弦波形的采樣數(shù)據(jù)；地址計(jì)數(shù)器為一個(gè)N位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，用以生成控制波形查找表ROM的地址。 1、 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單DDS的組成的組成2NNcoff2 DDS方程： 上式中K稱(chēng)為頻率控制字。K值反映從ROM中讀出兩個(gè)取樣數(shù)據(jù)之間相位的大小，因此稱(chēng)DDS是從相位概念出發(fā)的一種頻率合成技術(shù)。NcofKf2 改變頻率 fo的方法： 1.改變時(shí)鐘頻率 fc

35、; 2.改變ROM中每周期波形的采樣點(diǎn)數(shù)。 為了能完成K為任意數(shù)的地址計(jì)數(shù)，需要采用相位累加器，基于相位累加器DDS的基本結(jié)構(gòu)框圖如下所示：2、基于相位累加器、基于相位累加器DDS的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 主要由相位累加器、波形查找表ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等部件組成。 相位累加器相位累加器由頻率字寄存器、二進(jìn)制全加器與相位寄存器組成。 在時(shí)鐘作用下，相位累加器能不斷對(duì)頻率控制字K進(jìn)行線性相位累加。相位累加器輸出即波形存儲(chǔ)ROM的地址，這樣就可以把存儲(chǔ)在ROM中的波形采樣值送出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。 設(shè)相位累加器長(zhǎng)度為N bit，則累加器的滿(mǎn)偏值為2N。定義相位累加器輸出為0時(shí)為0相位，相

36、位累加器輸出為2N時(shí)相位為2。則相位累加器的輸出即可代表輸出正弦波形的相位。 波形查找表波形查找表ROM（即正弦查找表）：把送來(lái)的相位值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)正弦波幅度的數(shù)值。 實(shí)際DDS設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省波形存儲(chǔ)器的空間，在不過(guò)多引入雜波干擾得前提下，盡可能多的截去相位累加器的低有效位，即只取相位累加器的高M(jìn)位（而并非全部N位）作為ROM的地址值，于是，ROM就只有2M個(gè)存儲(chǔ)單元。設(shè)事先已經(jīng)把0o360o的正弦信號(hào)離散成具有2M個(gè)抽樣值的序列存儲(chǔ)在ROM中，則按照不同的地址便能輸出相應(yīng)的正弦信號(hào)的幅值。 ROM可在給定的時(shí)間上把輸入的相位（地址）信息映像成正弦波幅度，因而波形查找可以理解為相位與幅度之間的

37、轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器：把合成正弦波幅值的序列值轉(zhuǎn)換成包絡(luò)為正弦波的階梯波。注意，合成器對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器分辨率有一定的要求，D/A轉(zhuǎn)換器分辨率越高，合成正弦波形的臺(tái)階就越多，輸出波形就越清晰。 D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)與ROM的數(shù)據(jù)位一致。 低通濾波器：低通濾波器：對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器輸出的包絡(luò)為正弦波的階梯波進(jìn)行頻譜分析可知，輸出信號(hào)中除主頻fo外，還存在許多非諧波分量。因此，為了取出主頻 fo，必須在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端接入低通濾波器，從而將包絡(luò)為正弦波的階梯波變?yōu)楣饣恼也ā?二、二、 DDS的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) 分辨率 輸出帶寬 無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR) 1.1.分辨率（含分辨率（

38、含頻率分辨率、相位分辨率及幅度分辨率頻率分辨率、相位分辨率及幅度分辨率 ） 頻率分辨率：頻率分辨率：即DDS的最小頻率步進(jìn)量，其值等于DDS的最低合成頻率（頻率控制字K=1時(shí)），可用下式表示 Ncoff2 相位分辨率：相位分辨率：是DDS的最小相位步進(jìn)量。其值等于兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間的相位增量。若一個(gè)周波的采樣點(diǎn)數(shù)為M，則DDS的相位分辨率為 Mp0360 幅度分辨率：幅度分辨率：取決DDS中D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。若D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為N，參考電壓為VREF，則其幅度分辨率為NREFVV22.2.輸出帶寬 DDS輸出的頻率可以很低，因而輸出帶寬主要取DDS能輸出的最高頻率。 DDS輸出最高頻率的理

39、論值為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率fc的50%。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)雜散的影響，DDS能輸出的最高頻率（即輸出帶寬）一般按40%fc計(jì)算。 例如，DDS芯片AD9851允許系統(tǒng)時(shí)鐘使用的最高頻率fc為180MHz，則AD9851輸出的最高頻率（即輸出帶寬）為72MHz。 3.3.無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)(SFDR) SFDR：指輸出的最大信號(hào)成分幅度（主頻部分）與次最大信號(hào)成分幅度（噪聲部分）之比，常以dBc表示。 DDS雜散的來(lái)源主要有三個(gè)： 相位截?cái)嗾`差：為了得到很高的頻率分辨率，相位累加器的位數(shù)N通常做得很大，但由于受ROM存儲(chǔ)能力的限制，用來(lái)尋址ROM的位數(shù)M

40、一般要小于N，因而會(huì)引入相位截?cái)嗾`差； 幅度量化誤差幅度量化誤差：任意一個(gè)幅度值要用無(wú)限長(zhǎng)的比特流才能精確表示，而實(shí)際中ROM的輸出位數(shù)是個(gè)有限值，這就會(huì)產(chǎn)生幅度量化誤差。 D/AD/A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差：轉(zhuǎn)換器的非線性誤差：D/A轉(zhuǎn)換器的有限分辨率、非線性特征及轉(zhuǎn)換速率等非理想轉(zhuǎn)換特性會(huì)影響DDS輸出頻譜的純度，產(chǎn)生雜散份量。三、三、 DDS的特點(diǎn)的特點(diǎn) （1 1）頻率分辨率高：）頻率分辨率高：由相位累加器的位數(shù)決定。 （2 2）頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短：）頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短：DDS頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間等于一個(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)ns數(shù)量級(jí)。 （3 3）輸出波形的靈

41、活性：）輸出波形的靈活性：可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能。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)各種波形甚至是任意的波形。 （4 4）其他優(yōu)點(diǎn)：）其他優(yōu)點(diǎn)：易于集成，功耗低且可靠性高。DDS易于程控，因而使用相當(dāng)靈活，除此之外，DDS在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、高分辨力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等。1.DDS的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)： （1 1）輸出頻帶范圍有限：）輸出頻帶范圍有限：由于DDS內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器和波形存儲(chǔ)器（ROM）的工作速度限制，使得DDS輸出的最高頻有限。 （2 2）輸出雜散大：）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，因而DDS對(duì)低通濾波

42、器有較高的要求。 2.DDS的不足：的不足：四、四、 DDS的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 采用可編程器件構(gòu)成DDS 直接采樣集成DDS單片電路芯片。 DDS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于大量的高速、高性能的數(shù)字器件?？删幊踢壿嬈骷哂兴俣雀摺⒁?guī)模大、可編程，以及有強(qiáng)大EDA軟件支持等特性，十分適合實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)。 利用FPGA構(gòu)成DDS可以根據(jù)需要方便地實(shí)現(xiàn)各種比較復(fù)雜的功能，具有良好的實(shí)用性。雖然專(zhuān)用DDS芯片的功能也較多，但控制方式卻是固定的，不夠靈活。 1 1基于可編程邏輯器件的解決方案基于可編程邏輯器件的解決方案 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，許多器件公司都推出了各自的高性能的單片DDS電路系列。 與基于F

43、PGA解決方案比較，其輸出信號(hào)質(zhì)量高，輸出頻率也較高。還可以使電路的體積和可靠性也有很大的提高。2集成DDS單片電路芯片解決方案型 號(hào)最高工作頻率(MHz)工作電壓（V）最大功耗（mw)備 注AD98501253.3/5480內(nèi)置比較器和D/A轉(zhuǎn)換器。AD98531653.3/51150可編程數(shù)字QPSK/16-QAM調(diào)制器。AD98511803/3.3/5650內(nèi)置比較器、D/A轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘6倍頻器。AD98523003.31200內(nèi)置12位的D/A轉(zhuǎn)換器、高速比較器、線性調(diào)頻和可編程時(shí)鐘倍頻器。AD98543003.31200內(nèi)置12位兩路正交D/A轉(zhuǎn)換器、高速比較器和可編程參考時(shí)鐘倍頻器

44、。AD985810003.32000內(nèi)置10位的D/A轉(zhuǎn)換器、150MHz相頻檢測(cè)器、充電汞和2GHz混頻器。一、一、 AD9851芯片概述芯片概述10.3.2 基于基于DDS芯片的頻率合成信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)芯片的頻率合成信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) AD9851由數(shù)據(jù)輸入寄存器、頻率由數(shù)據(jù)輸入寄存器、頻率/相位寄存器、高速相位寄存器、高速DDS、10位的位的D/A轉(zhuǎn)換器、高速比較器等部分組成。其中高速轉(zhuǎn)換器、高速比較器等部分組成。其中高速DDS又又由由6倍參考時(shí)鐘倍乘器、倍參考時(shí)鐘倍乘器、32位相位累加器、正弦函數(shù)功能查找位相位累加器、正弦函數(shù)功能查找表等部分組成。表等部分組成。 該高速該高速DDS的系統(tǒng)

45、時(shí)鐘頻率可達(dá)到的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可達(dá)到180MHz，使輸出信號(hào)，使輸出信號(hào)的最高頻率達(dá)的最高頻率達(dá)70 MHz，分辨率為，分辨率為0.04Hz。AD9851內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)部有一個(gè)6倍參考時(shí)鐘倍乘器，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為倍參考時(shí)鐘倍乘器，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為180MHz時(shí)，參考時(shí)鐘輸入時(shí)，參考時(shí)鐘輸入端只需輸入端只需輸入30MHz的信號(hào)頻率即可。這樣就避免采用高速參考的信號(hào)頻率即可。這樣就避免采用高速參考時(shí)鐘而可能產(chǎn)生的噪聲。時(shí)鐘而可能產(chǎn)生的噪聲。 AD9851使用使用32位頻率控制字和位頻率控制字和5位相位控制字，內(nèi)部的頻位相位控制字，內(nèi)部的頻率累加器和相位累加器相互獨(dú)立。率累加器和相位累加器相互獨(dú)立。 AD985

46、1 內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入寄存器有內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入寄存器有5個(gè)寄存器，用于儲(chǔ)存來(lái)個(gè)寄存器，用于儲(chǔ)存來(lái)自外部數(shù)據(jù)總線的自外部數(shù)據(jù)總線的40位頻率位頻率/相位相位/控制字。該控制字送入高速控制字。該控制字送入高速DDS后，即可生成相應(yīng)頻率和相位的數(shù)據(jù)流，經(jīng)內(nèi)部的后，即可生成相應(yīng)頻率和相位的數(shù)據(jù)流，經(jīng)內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器后，得到最終的合成信號(hào)。器后，得到最終的合成信號(hào)。 設(shè)需要合成的頻率為設(shè)需要合成的頻率為fo，對(duì)應(yīng)的頻率字，對(duì)應(yīng)的頻率字K可由下式?jīng)Q定可由下式?jīng)Q定 設(shè)相位控制字為設(shè)相位控制字為F，合成信號(hào)的初相位合成信號(hào)的初相位可由下式?jīng)Q定可由下式?jīng)Q定322coffK 52F2 為了使AD9851完成頻率和相位的控制，需要向AD9851輸入頻率/相位控制字。 AD9851有32位頻率控制字，5位相位調(diào)制字，1位6倍參考時(shí)鐘、倍乘器使能控制，1位工作方式控制，1位電源休眠功能控制，共40位。 內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入寄存器是5個(gè)8位的寄存器，因此需要分5次存儲(chǔ)來(lái)自外部8位數(shù)據(jù)總線的頻率/相位控制字。 下面了解40位的頻率/相位控制字各位的功能。二二、 AD9851