L波段直接数字式快跳频率合成器设计

摘要：介绍了DDS技术，并且设计出一种基于DDS芯片的快跳频率合成器，它具有工作频率高、频率切换速度快、相位噪声低等特点，有较高的实用价值。
关键词：直接数字合成；AD9912；频率合成器

随着高速大规模集成电路和微电子技术的发展，近年出现了新的频率合成方法——直接数字式频率合成(DDS)。本文主要采用DDS芯片
AD9912设计出一种L波段快跳频率合成器。具有工作频率高、频率切换速度快和相位噪声低等特点。

1 系统设计
1．1 DDS工作原理
DDS主要包括相位累加器、波形存储器、数模转换器、低通滤波器、和参考时钟五部分。在参考时钟的控制下，相位累加器对频率控制字K进行线形累加，得到相位码φ(n)对波形存储器进行寻址，使之输出相应的幅度码，经高速D／A转换器得到相对应的阶悌波，最后经低通滤波器得到连所需频率的续变化的波形。DDS工作原理框图如图1所示。

1．2 DDS性能特点
由于DDS采用不同于传统频率合成方法的全数字结构，和传统频率合成技术相比具有以下优点。
(1)极短的频率转换时间，可达纳秒量级。
DDS是一个开环系统，无任何反馈环节。其频率转换时间主要由频率控制字改变时间和各器件频率响应时间所决定，时钟频率越高，频率控制字改变时间越短。
(2)频率分辨率高，可达微赫兹量级。DDS输出频率的分辨率和频点数随相位累加器的位数的增长而呈指数增长，分辨率高达μHz。
(3)DDS相位连续。DDS在改变频率时只需改变频率控制字(即累加器累加步长)，而不需改变原有的累加值，故改变频率时相位是连续的。
(4)相位噪声小。DDS的相位噪声主要取决于参考源的相位噪声。
(5)其他优点。DDS中几乎所有部件都属于数字电路，易于集成、功耗低、体积小、重最轻、可靠性高，易于程控，使用灵活。
但DDS也存在一些局限性，主要表现在：
(1)直接输出频带范围有限。
(2)杂散抑制差。

2 频率合成方案的选择与性能分析
需要设计的L波段跳频频率合成器是应用于通信系统中的跳频源，它为通信系统提供了其需要的不断变化的频率。这种按照某一特定方式不断跳变的频率，使通信系统具有较强的抗干扰性为了适应信号传输并有效地抑制干扰，要求工作频带较宽、跳频速度较高、工作频点较多。目前基于DDS技术的方案主要有以下几种：
2．1 DDS+PLL频率合成的方案
DDS具有极高的分辨率，极快的频率转换速度，但输出频率不是很高。因此现在人们往往把DDS与PLL组合在一起应用，既利用DDS极高的频率分辨率来改善频率的步进间隔，也利用PLL进行倍频输出高频率。方案原理框图如图2所示。