数字频率合成精解:用DDS器件产生高质量波形
表2.基准分析小结——频率产生技术(《50 MHz)
同时需要指出,由于DDS器件从根本上来说是用数字方法产生输出波形,因此它可以简化一些解决方案的架构,或者为对波形进行数字化编程创造条件。尽管通常利用正弦波来解释DDS的功能和工作原理,但利用现代DDS IC也可以轻松产生三角波或方波(时钟)输出,由此消除了前一种情况的查找表以及后一种情况的DAC的必要性,因为集成一个简单而精确的比较器就够了。
DDS的性能与限制
图像和包络:Sin(x)xx滚降
DAC的实际输出不是连续的正弦波,而是带有正弦时间包络的一系列脉冲。对应的频谱是一系列图像和混叠信号。图像沿sin(x)/x 包络分布(见图3中的|幅度|曲线图)。有必要进行滤波,以抑制目标频带之外的频率,但是不能抑制通带中出现的高阶混叠(例如,因DAC非线性所致)
奈奎斯特准则 要求,每个周期至少需要两个采样点才能重建所需输出波形。镜像响应产生于采样输出频率中 K fCLOCK × fOUT. 在本例中,其中 fCLOCK = 25 25 MHz且 fOUT = 5 MHz,第一和第二镜频出现在(见图3)fCLOCK × fOUT, o即20 MHz和30 MHz。第三和第四镜频出现在45 MHz和55 MHz。注意,sin(x)/x零值出现在采样频率的倍数处。当fOUT 大于奈奎斯特带宽 (1/2 fCLOCK), 时,第一镜频将出现于奈奎斯特带宽之内,发生混叠(例如,15 MHz的信号将向下混叠至10 MHz)。无法用传统的奈奎斯特抗混叠滤波器从输出中滤掉混叠镜频
图3.DDS中的Sin(x)/x滚降。
在典型的DDS应用中,利用一个低通滤波器来抑制输出频谱中镜频响应的影响。为了使低通滤波器的截止频率要求保持于合理水平,并使滤波器设计保持简单,一种可行的做法是利用一个经济的低通输出滤波器将fOUT 带宽限制在fCLOCK频率的40%左右。
任何给定镜频相对于基波的幅度可用sin(x)/x公式来计算。由于该函数随频率滚降,因此基本输出的幅度将与输出频率成反比而降低;在DDS系统中,降低量为DC-奈奎斯特带宽范围的–3.92 dB。
第一镜频的幅度较大——基波的3 dB范围内。为了简化DDS应用的滤波要求,必须制定频率计划,并分析镜频和sin(x)/x幅度响应在fOUT和fCLOCK目标频率下的频谱要求。在线互动设计工具 支持ADI DDS产品系列,可以快速、轻松地仿真镜像频率大小,并允许用户选择镜像位于目标频带之外的频率。更多有用信息,请参阅更多信息和有用的链接部分。
输出频谱中的其他不需要的频率(如DAC的积分和微分线性误差、与DAC相关的突波能量和时钟馈通噪声)不会遵循sin(x)/x滚降响应。这些不需要的频率将以谐波和杂散能量出现在输出频谱中的许多地方——但其幅度一般会远远低于镜频响应。DDS器件的一般本底噪声由基板噪声、热噪声效应、接地耦合和其他信号源耦合等因素累积组合决定。DDS器件的本底噪声、性能杂散和抖动受到电路板布局、电源质量以及——最重要的是——输入参考时钟质量的深刻影响。

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