新型數字化可編程頻率合成器

新型數字化可編程頻率合成器

摘要：頻率合成器是從一個或多個參考頻率中產生多種頻率的器件。它在信息通信方面得到了廣泛的應用，并有新的發展。本文主要介紹新型數字化可編程頻率合成器的原理、特點及其在傳輸測量儀中的應用。關鍵詞：PLL 頻率合成器 可編程控制

隨著數字技術的飛速發展,使頻率合成技術也躍上了一個新的臺階。 傳統的頻率合成器,通常從一排晶體振蕩器產生的各種頻率通過開關進行頻率混合,或者采用鎖相(PLL) 技術實現頻率合成。如在八十年代初研制的撛夭ㄈ郝紛遠?饈砸菙中使用的頻率合成器即是PLL技術,其原理見圖1：

圖1 采用PPL技術的頻率合成器方框圖

該合成器是由程序分頻器、 鑒相器及壓控振蕩器三大部分組成, 從晶振束的100KHz 標準信號經100 分頻后得1KHz的基準頻率fR,壓控振蕩頻率f1通過程序分頻得到頻率fM,fM和fR同時加到鑒相器進行比較。只有當fR和fM完

全同頻同相時,環路平衡被鎖定,即fR=fM�？梢�, 當環路鎖定時,壓控振蕩器的輸出頻率完全決定于程序分頻器的分頻比,即 f1= M·fR ,只要改變分頻比M,便可使f1改變,從而得到所需的各個頻率點。在撊郝紛遠?饈砸菙中,從2.5-4.2MHz頻段內,產生43個頻率點。

使用PLL 技術實現的頻率合成器在性能上較之RC、LC振蕩源有很大提高,但外圍電路復雜,且受外界干擾,分辨率難以提高,其他指標也不理想。 近年來，數字化可編程頻率合成器(簡稱DDS)的出現, 使頻率合成技術大大地前進了一步。96年推出的DDS9850其頻率分辨率0.0291Hz,頻率準確度可控制到4×109分之一, 噪音電平-70dB以下,諧波失真衰減≥55dB,先進的CMOS工藝不僅使AD9850性能一流,而且功耗小,在3.3V 供電時, 僅為155mW,其基本結構框圖見圖2。

圖2中正弦查詢表是一個可編程存儲器(PROM),存有一個或多個完整周期的正弦波數據,在時鐘fc的驅動下,地址計數器逐步經過PROM,地址中相應的數字信號輸入到N位數模轉換器(DAC)的輸入端，DAC輸出模擬信號, 經低通濾波器(LPF),可得到一個頻譜純凈的正弦波。

　

　

圖2 可編程控制DDS系統

系統的核心是相位累加器,它由一個加法器和一個N位相位寄存器組成,一般為24～32位,每束一個時鐘fc相位寄存器以步長M增加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加,然后輸入到正弦查詢表地址上, 正弦查詢表包含一個周期正弦波的數字幅度信息,每個地址對應正弦波中0度～360度范圍的一個相位點。 查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號,驅動DAC輸出模擬量。

圖3 DDS9850功能框圖

相位寄存器,每經過2↑ N /M個fc時鐘后回到初始狀態,相應的正弦查詢表經過一個循環回到初始位置, 整個DDS系統輸出一個正弦波, 周期為T0=Tc· 2↑N /M, 頻率fout = M·fc/2↑N,相位累加器輸出N位并不全部加到查詢表, 而要截斷僅留高端13～15位,減小了查詢表長度,但并不影響頻率分辨率。 DDS9850控制簡單,可用8 位并行口或串行口直接輸入頻率,相位等控制數據,其工作原理如圖3。

它采用32位相位累加器,截斷成14位, 輸入正弦查詢表,查詢表輸出截斷成10位輸入到DAC。DAC輸出兩個互補的模擬電流接到濾波器上,外接一電阻RSET調節DAC 滿量程輸出電流,其調節關系是ISET=32( 1. 248V/RSET),

滿量程電流為10～20mA。

DDS9850內部有高速比較器接到DAC濾波輸出端,就可直接輸出一個抖動很小的脈沖序列,此脈沖輸出可用作ADC器件的采樣時鐘。9850用5位斷據字節控制相位,允許相位按增量180度、90度、45度、22.5度、11.25 度移動

或進行組合。

DDS9850有40位寄存器,32位用于頻率控制,5 位相位控制,1位電源休眠功能,2位廠家保留測試控制,這40位控制字可通過并行方式或串行方式裝入到DDS9850。在并行裝入方式中,通過8位總線D7....D0重復5次裝入寄存器,在FQ-VD上升沿把40位數據從輸入寄存器裝入到頻率和相位及控制數據寄存器,從而更新D

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