频率合成技术综述【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 电子信息工程 频率合成技术综述 摘要： 本文综述频率合成三种技术的方法，优缺点以及发展状况 .因此，要根据实际情况，具体指标，选择合适的频率合成方法。 关键词： 频率合成 (FS)； DAS； PLL； DDS 1 引言 频率合成技术是现代电子系统的重要组成部分，是决定电子系统性能的关键设备之一。 在现代雷达、通信、电子对抗等系统中频率源有着广泛的应用，是众多应用电子系统实现高性能的关键因素之一，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所使用的频率源的性能。然而随着现代通信技术的发展，系统对频率合成器 提出了越来越高的要求，低相位噪声、高频谱纯度、高捷变速率和高频率分辨率的频

2、率合成器已经成为频率合成技术的主要趋势 1。因此，传统的晶体振荡器直接输出频率已不能满足要求。 频率合成（ FS， Frequency Synthesis）的有方法很多 ,目前应用较多的频率合成方式主要有：直接模拟合成 （ DAS， Direct Analog Synthesis） ，锁相环合成（ PLL， phase Locked Loop）和直接数字合成（ DDS， Digital Direct Synthesis)2。而直接数字频率合成（ DDS）则是近年来随着数字集成电路和微电子技术的快速发展而迅速兴起的一种新的频率合成技术。 DDS 具有超宽的相对带宽，超高频率转换速度，超细的分辨率

3、以及可编程、全数字化便于集成的优越性能，得到了飞速的发展和广泛的应用 3。 2 频率合成技术的分类 所谓频率合成器，就是以一个精确度、稳定度极好的石英晶体振荡器作为基准频率，并利用加、减、乘、除等基本运算技术 4，以获得与石英晶体振荡器等精确度和稳定度的大量离散频率信号的设备称作频率合成器。 频率合成指对一个高稳定的参考频率进行各种技术处理，以生成一系列稳定的 频率输出。目前频率合成技术的主要方法有以下几种。 2.1 直接模拟频率合成 直接模拟式频率合成技术是以一个（或多个）参考晶振为基础，通过倍频、分频、混频以及开关和滤波等方法组合而产生的一种频率合成器 5。这种方法的优点是频率转换时间短、

4、相位噪声低，但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等途径，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量且难于抑制 4。 2.2 锁相环频率合成（ PLL） PLL 基本原理是：压控振荡器（ VCO）产生的正弦信号经程控分频器分频后送至鉴相器，与参与晶振基准信号分频后 所得的信号在鉴相器中进行鉴相，鉴相器输出误差电压经环路滤波器送至 VCO的电压调谐控制 VCO 的输出频率 5。 2.3 直接数字合成 (DDS， Digital Direct Frequence Synthesis） J.Tierney 和 C.M.Tader 等人首先提出了 DDS(Digital Direct F

5、requence Synthesis）的概念。但由于当时半导体和数字信号处理技术的限制， DDS 输出频率低，杂散大，体积大，攻好高，不适应当今电子系统的要求 2。随着微电子技术的迅速发展。直接数字频率合成器得到 了飞速的发展，它因具有频率转换时间短、频率分辨率和精度高、输出相位连续、可编程控制和全数字化结构、便于集成、调制灵活等优越性能，在雷达、通信、电子对抗等电子系统中应用越来越广泛 3、 6。 DDS 主要由相位累加器、正弦波形表、 D/A 转换器、低通滤波器组成 4。基本原理是：频率控制字 K 送入相位累加器，更新想累加器的数据，用新的相位累加数据送入正弦查找表，产生数字化正弦波形，经

6、过数据转换器，产生模拟量正弦波形，通过低通滤波器产生 DDS 的正弦波输出信号 5，结构原理图如图 15 图 1 结构原理图 3 直 接数字频率合成（ DDS）与传统频率合成技术的比较 三种频率合成技术的优缺点的对比入下表 15 表 1 三种频率合成技术对比 项目 工作 频率 频率分辨力 相位 噪声 杂散 频率转换速度 调制能力 体积重量 成本 DAS 全频段 较大 很好 较大 快 有限 大 高 DDS 低频段 很小 好 大 快 强 小 较低 PLL 全频段 较小 较好 较小 慢 有限 较小 低 从表中可以看出 DDS 与其他两种相比，优点是频率转换速度快、相位噪声低、体积小、重量轻。因此，越

7、来越受到工程人员的重视。但 DDS 的缺点 是工作频率较低，频带较窄，不能应用于全频段。 4 DDS 主要芯片 频率合成技术在国外已经发展得相当成熟，形成了一系列的单片集成频综芯片，包括所相式整数 /分数频率合成器、直接数字频率合成器、双环或者多环锁相式频率合成器、 DDS 与 PLL 混合式频率合成器等 4。目前市场上性能优良的 DDS生产厂家主要有 Analog Device(AD),Qualcomm和 Stanford等。 Qualcomm 公司的 Q2230，时钟频率 85MHz，频率间隔 0.02Hz，转换时间 0.01us； Stanford 公司的 STEL-2171， GaAs

8、 电路时钟 1GHz，转换时间 0.25us； AD 公司推出的 DDS 系列： AD7945 有 12bit的分辨率， 0.002%理论精度 7； AD9851 为核心构成正弦信号发生器，可以输出高分辨率、高稳定性的正弦信号，同时还可以实现频率调制（ FM）等功能 8；可以实现线性调频的 AD9852 克服了早期 DDS芯片工作频率较低、输出信号中寄生风量较大以及价格较高的限制 9,且相位累加达到 48 位 10；两路正交输出的 AD9854 以及以 DDS 为核心的 QPSK 调制器 AD9853、数字上变频器 AD9856 和 AD9857，由于产品具有较高性价比，而被广泛的应用。 5

9、结束语 频率合成器是电子系统的“心脏”，现代通信、雷达、无线、卫星通信、制导武器等对频率合成器提出了越来越高的要求 11。频率合成技术经历第一代直接合成 (DAS)，第二代锁相合成（ PLL），第三代直接数字合成（ DDS），随着电子技术的发展，如今 DDS 具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便，性价比高等一系列优点，应用日益广泛，成为现代频率合成技术的佼佼者 12。 参考 文献： 1 赵海燕 .数字频率合成技术研究与应用 D.成都理工大学 .2008. 2 左利勇 .频率合成技术及其在单脉冲雷达速度仿

10、真中的应用研究 D.重庆大学， 2007 年 . 3 张永祯，段道聚 .基于 DDS 的雷达中频信号源的实现 C.信息产业部雷达网第十七届 年会暨雷达技术应用研讨会论文集，武汉：信息产业部雷达专业情报网， 2007:PP.168-171. 4 杨檍、鲍景富 .现代频率合成技术的研究进展 J.电讯技术， 2007 年第 47 卷（第 2 期）： PP.1-5. 5 李志坚 .现代雷达频率 合成技术综述 C.中国宇航协会 .2008 年全国频率控制技术年会论文集，北京：中国宇航协会， 2008 年 11 月 . 6 LIN Zhiwei， Chao Min， Wang Xiaoxia.A Mult

11、i-function Signal Generator Based on DDS Chip AD9852C.中国兵工学会，中国高等教育学会 .8th International Symposium on Test and Measurement，重庆：中国兵工学会，中国高等教育学会， 2009 年 1 月 . 7 Yang Cuihong ， Wen Feng.Design of Multi-channel Analog Signal Generator with High-precisionC.中国兵工学会，中国高等教育学会 .8th International Symposium on T

12、est and Measurement，重庆：中国兵工学会，中国高等教育学会， 2009 年 1 月 . 8 胡德明 .基于 DDS 的频段合成技术的应用 J.科技资讯， 2007 年 ,第 2 期： PP.32-33. 9 曹芳，李勇 .基于 DDS 芯片 AD9852 的正弦信号发生器及其在通信中的应用 J.电子测量技术，2007 年第 30 卷（第 9 期）： PP.150-152. 10孙海燕 .基于 DDS 技术的通信信号产生技术 D.杭州电子科技大学， 2006. 11邝小飞、陈迪平、王镇道、解鹏、昌诗范 .快速频率合成技术的发展 J.无线电工程， 2001年第 31 卷（第 7 期）： PP.56-58. 12林志琦，蒋惠萍 .信号发生器电路原理与实用设计 M.北京 .人民邮电出版社， 2010,1.