DDS杂散应用
杂散来源是什么
杂散来源是什么
简介
直接数据频率合成器(DDS)因能产生频率捷变且残留相位噪声性能卓越而着称。
另外,多数用户都很清楚DDS输出频谱中存在的杂散噪声,比如相位截断杂散以及与相位-幅度转换过程相关的杂散等。
此类杂散是实际DDS 设计中的有限相位和幅度分辨率造成的结果。
其他杂散源与集成DAC相关——DAC的采样输出产生基波和相关谐波的镜像频率。
另外,因DAC非理想的开关属性可能导致低阶谐波的功率水平升高。
最后一种杂散源是在系统时钟频率的基波与任何内部分谐波时钟(例如,ADI直接数字频率合成器提供的SYNC_CLK)之间产生的混频产物。
上述杂散噪声的全部已知来源都可根据相对于DDS/DAC输出处基波信号的频率偏移进行预测。
本应用笔记旨在帮助用户确定DDS输出信号频谱中的杂散源。
如果通过改变DDS频率调谐字使杂散与DDS/DAC相关,则并不难确定杂散源。
这是因为改变调谐字时,上述所有杂散噪声的频率偏移均随基波变化。
DDS基本原理及技术指南
DDS基本原理及技术指南DDS全称为Direct Digital Synthesis(直接数字合成),是一种数字信号处理技术,广泛应用于频率合成、载波信号生成和频率调制等领域。
本文将介绍DDS的基本原理以及一些技术指南。
一、DDS原理DDS技术利用数字信号处理器(DSP)和数字锁相环(PLL)的协同工作实现信号的合成。
其基本原理如下:1.参考信号生成:DDS系统首先需要一个参考信号作为频率和相位参考。
这个参考信号可以是一个精确的时钟信号或者一个外部输入信号。
参考信号经过A/D转换器(模数转换器)转换为数字信号。
2.累加器:DDS系统会将参考信号的数字表示输入到一个累加器中。
累加器根据输入的数字信号进行累加操作,并且通过加法操作可以改变每一步的累加值。
3.相位累加器:累加器的输出值作为相位累加器的输入。
相位累加器也是一个累加器,但是其输出值作为频率合成器的输入。
相位累加器的输出值会被用来计算输出信号的相位。
4.乘法器/其它运算器:DDS系统还可能包含一个乘法器或其它运算器。
乘法器可以用来改变输出信号的幅度,以及实现频率调制等功能。
5.数字控制端口:DDS系统通常还包括一个数字控制端口,用来接受用户输入的频率、相位和幅度等参数。
这可以通过软件或者硬件的方式进行设置。
二、DDS技术指南以下是一些关于使用DDS技术的指南:1.选择合适的DDS芯片:根据需要合成的信号频率范围、分辨率和精度等要求,选择合适的DDS芯片。
一些常用的DDS芯片有AD9850、AD9851等。
2.谐波抑制:DDS系统在生成频率时会产生一定的谐波。
为了保持输出信号的纯净性,需要采取一些方法来抑制谐波。
常见的方法有使用低通滤波器、改变采样率等。
3.防止相位突变:相位突变会引起频谱中出现额外的频谱成分,影响输出信号的质量。
为了避免相位突变,可以通过调整累加器的初始相位或者采用相位预置技术。
4.频率和相位调制:DDS技术可以很方便地实现频率和相位调制。
信号源及DDS杂散分析
信号源及DDS杂散分析信号源是一种用于产生模拟信号或数字信号的设备。
DDS(Direct Digital Synthesis)即直接数字合成技术,利用数字电路实现信号的合成,具有精度高、灵活度高、无需精密元件等优点。
但同时DDS也存在着杂散问题,本文将对信号源及DDS杂散进行分析。
一、信号源信号源是一种产生模拟信号或数字信号的设备,主要用于测试和校准其他设备中模拟和数字信号处理系统的性能。
信号源可以产生多种类型的信号,包括正弦波、方波、脉冲、三角波等等。
除了用于测试和校准外,信号源也可以直接应用在各种领域中,例如无线电通信、媒体播放、音频处理、声波测量,以及许多其他应用领域。
信号源的设计通常涉及多个参数,包括频率、幅度、相位等,其中最常见的是正弦波信号源。
对于某些应用,信号源的精度和稳定性也是非常关键的。
二、DDS杂散DDS技术实现合成的信号通常包含许多杂散成分,如相位噪声、非线性失真、时钟抖动等。
这些杂散成分不仅会影响合成信号的频谱,还会影响到信号的准确度和稳定性。
1. 相位噪声相位噪声是DDS技术最常见的杂散之一。
它是由于数字相位累加器的非线性偏差以及时钟抖动等因素导致的。
相位噪声通常表现为在DDS合成信号的频率附近出现一个或几个峰,从而影响了信号的性能。
2. 非线性失真DDS技术中的非线性失真是由于数字模拟转换器的非线性以及模拟滤波器等因素导致的。
非线性失真会导致合成信号的频率响应出现非线性波纹,并可能引起非线性畸变、交调等问题,进而影响合成信号的稳定性和准确度。
3. 时钟抖动DDS技术中的时钟抖动是由于时钟脉冲的不稳定性和传输延迟等因素导致的。
时钟抖动会导致合成信号的频率漂移和相位偏移,进而影响信号的准确度和稳定性。
三、DDS杂散分析DDS技术合成信号的杂散成分是其设计过程中需要考虑和解决的关键问题之一。
DDS杂散分析是对DDS技术实现的合成信号进行分析和改进的过程。
DDS杂散分析通常包括以下几个方面:1. 频域分析频域分析主要是对DDS合成信号的频率响应进行分析,以确定是否存在杂散成分。
基于DDS技术的杂散分析及抑制方法
基于DDS技术的杂散分析及抑制方法频率合成技术起源于二十世纪30年代,当时所采用的频率合成方法是直接频率合成。
它是利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经过加、减、乘、除运算,直接组合出所需要的的频率。
它的优点是捷变速度快,相位噪声低,但由于结构复杂,价格昂贵,很快被淘汰。
在此之后出现了间接频率合成。
这种方法主要是将相位反馈理论和锁相环技术运用于频率合成领域,即所谓的PLL频率合成技术。
PLL频率合成技术克服了直接式频率合成的许多缺点,特别是它易于集成化,使得体积小、相位噪声低、杂散抑制输出频率高,但它的频率切换时间相对较长。
随着数字信号理论和超大规模集成电路的发展,在频率合成领域诞生了技术性的革命,那就是直接数字频率合成技术(direct digital synthesis,DDS)。
这是一种频率合成的新方法,频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、控制灵活方便,但其频率上限较低且杂散较大,极大的限制了DDS的推广和应用。
随着电子技术的发展,各类电子系统对信号源的要求越来越高,如何抑制DDS输出信号中杂散也就成了研究热点。
本文给出了几种抑制杂散的方法,对于运用DDS技术进行工程设计具有一定指导作用。
1 DDS的工作原理[1]DDS工作结构如图1所示:图1DDS系统的核心是相位累加器,它由N位加法器与N位相位寄存器构成,类似一个简单的计数器。
每来一个时钟脉冲,相位寄存器的输出就增加一个步长的相位增量值,加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加结果送至累加寄存器的数据输端。
相位累加器进人线性相位累加,累加至满量时产生一次计数溢出,这个溢出频率即为DDS的输出频率。
正弦查询表是一个可编程只读存储器(PROM),存储的是以相位为地址的一个周期正弦信号的采样编码值,包含一个周期正弦波的数字幅度信息。
将相位寄存器的输出与相位控制字相加得到的数据作为一个地址对正弦查询表进行寻址,查询表把输人的地址相位信息映射成正弦波幅度信号,驱动DAC,输出模拟信号;低通滤波器平滑并滤除不需要的取样分量,以便输出频谱纯净的正弦波信号。
DDS输出频谱杂散的抑制
中图分类号:T N74 文献标识码:A 文章编号:C N51-1418(2003)06-0025-04收稿日期:2003-01-27作者简介:王晓音(1977-),硕士研究生,从事数字信号处理和软件无线电方面的研究。
DDS 输出频谱杂散的抑制王晓音,聂裕平,庞伟正(哈尔滨工程大学电子工程系,哈尔滨 150001)摘要:本文简要说明了直接数字频率合成器原理,分析了DDS 输出频谱杂散的误差来源,介绍了抖动注入法、正弦查找表的幅度压缩方法和DAC 平衡法等DDS 频谱杂散抑制方法,详细阐述有关原理和具体实现方法。
关键词:DDS ;抖动注入;幅度压缩;杂散抑制Spur R eduction T echniques on DDSW ANG X iao -yin ,NIE Y u -ping ,PANG Wei -zheng(Dept.of E lectronic Engineering ,Harbin Engineering University ,Harbin 150001,China )Abstract :This paper introduces the architecture of DDS and the error sources ,details spur reduction techniques such as dither injection ,ROM com pression and DAC balanced architecture.K eyw ords :DDS ;dither ;ROM com pression ;S pur0 引言目前主要的频率合成方式有直接频率合成(DS )、锁相频率合成(P LL )、混合式频率合成和直接数字式频率合成(DDS )。
这几种频率合成技术相比较,直接数字频率合成的优点主要有:具有高精度的频率和相位分辨率,它的频率精度可达到微赫兹级,相位精度可达纳赫兹级;频率变化几乎没有时间限制,切换速度仅受限于器件工作时钟,可达纳秒级;另外DDS 还具有相对较宽的输出频率范围,器件体积小,功耗低等特点。
DDS信号频谱的杂散分析与抑制方法研究
DDS信号频谱的杂散分析与抑制方法研究摘要:DDS技术具有高分辨率、快速转换、相位连续可控等优点,但也存在因相位截断、幅度亮度与DA转换器的非线性因素等误差造成的杂散。
针对DDS信号频谱杂散的原因进行了分析,并对相关抑制方法加以介绍,对各类抑制方法的特点进行了综述。
关键词:DDS;信号预谱;杂散0引言DDS(DirectDigitalSynthesis,直接数字频率合成)技术与传统的频率合成技术最大的区别是通过相位的运算实现频率的合成。
它具有极高的频率分辨率、极快的转换速度及输出相位连续可控等明显优点,目前在仪器仪表、雷达、通信与电子仪器等各个领域广泛使用。
但DDS技术也有瓶颈所在,即输出杂散大和输出带宽窄,这两个技术劣势是阻碍DDS深入推广的关键因素。
造成DDS杂散的主要因素有以下3个:相位截断、幅度量化与DA转换器的误差。
除了这3个主要原因之外,本文对其它影响频谱的杂散来源进行分析,并从原理上深入探讨,同时结合目前广泛使用的各种抑制策略,针对杂散起因,分门别类地改善信号的频谱纯净度,达到杂散抑制效果。
1DDS基本工作原理DDS技术是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。
它的主要组成为相位累加器、ROM波形查询表、数模转换器。
其基本框图如图1所示。
图1DDS组成基本框图DDS中的累加器使用二进制计算,线性数字信号通过相位累加器实现逐级累加,每累加一次即做一次2N模的运算得到当前相位值。
并以当前相位值查询ROM波形表中对应存储的波形幅度值,送入DA转换器中转换为模拟信号,最后通过低通滤波做平滑处理。
不妨设正弦信号S(t)的表达式为:S(t)=Asin(2πft+0)(1)其中,A为振幅,f 为频率,0为初始相位。
信号的频率与初始相位无关。
通过改变频率控制字K的大小实现对频率的控制,输出的频率随K成正比连续变化。
一般最低的输出频率为:fmin=1122Nfc(2)由奈奎斯特抽样定理知,为了保证信号不发生重叠,最高频率的理论值是DDS芯片时钟频率(Fs)的50%,即:fmax≤1122fc(3)但是考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制,实际的输出频率按照40%处理。
DDS信号的杂散及抑制分析
布到 2 个频点上, 从而平均杂散信号功率, 降低杂散 幅度, 大大地降低了主谱杂散的信噪比, 在不增加寻址 波形存储器位数的情况下, 使输出频谱特性得到较大 的改善 , 如 AD9852 采用了相位抖动注入技术。 3 . 2 幅度量化杂散抑制 幅度量化误差是影响 DDS 频谱质量的因素之一。 由于波形存储器的电压值是二进制数字量 , 从而形成 字长量化效应, 在输出信号的频谱上表现为背景杂散。 纯粹从量化观点看, 设正弦波的采样点值用 D 位二进 制表示 , 则其信噪比近似为 6 . 02 D+ 1 . 75 dB , 可见 随着量化位数 D 的增加, 幅度量化的信噪比提高 , 故 通常抑制幅度量化误差的方法是尽量提高波形存储器 的容量。一是直接增大绝对容量, 但受到硬件条件的 限制; 二是通过压缩存储数据来等效增大存储器的数 据寻址位。各国学者提出了多种压缩方法 , 常见的有: 利用正弦波的波形对称性进行压缩 ; 利用三角函数的 恒等变换, 将一个大的 ROM 分成几个小 ROM, 通过逻 辑控制电路实现对 sin 的近似
[ 5]
图 2 相 位抖动法实现框图
工作原理如下: 在每个时钟脉冲到来后, 抖动器给 相位累加器加入满足一定统计特性的扰动信号, 目的 是产生一些随机数加在相位累加器的后面 , 然后用和 的高 M 位作为地址去寻址 ROM, 则经过相位抖动后 的误差序列已由原来的有规律的误差序列转换成近似 高斯分布的随机 序列 P ( n ) , 此时 DDS 的输出 序列 为: S(n) 2 nk sin nk 2 - N P ( n) co s N 2 N 2 2 2 由于 P ( n ) 是一个随机序列, 原来有规律的杂散
[ 1] 马令坤 , 张震 强 , 党 宏社 . DD S 频 率合 成器 杂散 的分 析与 仿真 [ J] . 微电子学与计算机 , 2007 , 24( 7) : 132 134. [ 2] 吕庆 , 张平 , 段志 强 . 对于 DD S 杂 散信号 抑制 的分析 和仿 真 [ J] . 雷达科学与技术 , 2003 , 1( 3): 188 192. [ 3] 张丽芝 , 王森章 . DD S 波形发生器 幅度量化 误差的 分析及
DDS中的杂散分析与抑制技术
戴尚义李东新赵建(河海大学电气工程学院南京210098)摘要本文简要说明了DDS的基本原理,给出了DDS杂散来源模型,分析总结了DDS中的杂散和杂散抑制的有效方法,介绍了当前研究很少的由于D/A转换器的非理想特性引起的误差及其改善的实现结构。
关键词DDS杂散分析杂散抑制D/A转换器DDS中的杂散分析与抑制技术直接数字频率合成(DDS)[1]是一种新的频率合成技术,具有频率分辨率高,频率切换速度快,并且在改变时能够保持相位连续,容易实现频率、相位和幅度的调制等特性。
因此,在现代电子系统设备及频率源设计中,尤其在通信、雷达、电子对抗及仪器仪表等领域中被广泛应用。
但DDS的输出杂散较大、频谱纯度较差在一定程度上制约了它的发展与应用。
因此,如何抑制DDS输出杂散成了当前研究的热点。
本文介绍了DDS原理和杂散来源,总结了当前一些有效的抑制DDS杂散的方法,以便能够帮助大家更好的了解、进一步研究和应用DDS技术。
1DDS基本原理DDS实质上是把一个周期的模拟波形信号通过采样、量化、编码,形成一个正弦函数表存储在ROM 中,通过顺序的提供周而复始的地址,从ROM中读出该量化后的数字波形信号,再通过D/A还原,这种ROM+D/A模式的波形合成技术就是DDS技术的雏形。
现在的DDS系统主要是有相位累加器、波形ROM、D/A转换器及低通滤波器四个部分构成。
其基本构成原理图如图1所示。
相位累加器是由一个N位加法器和一个N位寄存器构成,通过把上一时钟的累加结果反馈到加法器的输入端而实现累加功能,从而使输出结果每一时钟周期递增Fr。
其中,F r称为频率控制字,它唯一的确定了输出信号的频率。
当Fr=1时,DDS输出最低频率fc/2N,即DDS的频率分辨率。
根据奈奎斯特准则,DDS输出的最高频率为fc/2,即F r=2N-1,但实际中受LPF影响,一般输出频率不超过0.4fc。
2DDS杂散来源模型实际DDS中,由于相位累加器的位数N很大,一般不等于波形ROM地址线的位数,且波形ROMCHINA NEWTELECOMMUNICATIONS存储数据量化位数有限,因此在这个过程中会引入相位截断误差ξp (n)和幅度量化误差ξM (n ),同时DAC 的非线性也会产生转换误差ξD A (n )。
DDS杂散抑制技术的研究与应用
DS D 输出频谱的纯度、 因此如何抑制 D S的杂散分量 、 D 提高频谱纯度 、 扩展输 出频带 , 对含有 D S D 的系统设
计以及 D) 的性能改善有着重要的意义 . I S
1 D) I S杂散抑制技术的研究
1 1 直 接式优 化 法— — 相位 抖动 法 .
相位抖动法主要针对相位截断噪声 , 因为在相位截断条件下 , D 输 出频谱 中含有杂散分量 , D S 其根本原
D S D 有输出步长小 、 相位噪声低的优点 , 但同时有杂散较多的缺点; L P L在输 出步长小时, 相位噪声差 ,
但对杂散的抑制性 能良好 , 因此将 D S与 P L技术相结合是一种比较合理的频率合成方案 , D L 称为混合式优 化法 , 已成为 目 前使用最为广泛 的频率合成技术之一. 具体有环内激励式和环外混频式两种实现方法 .
12. 环 内激励 式 频率合 成 器 . 1
环内激励式频率合成 器也称 D S D 直接激励 P L式频率合成器 , L 就是 以 D S D 作为 P L的参考源驱动 L
P L的一类 合型频率合成器 , L 昆 其原理框图如图 2 所示 . 频率的缺点主要有两点 :1输 出频带受限 . D () D S的输出频带带宽 主要受 D S工作时钟频率的限制. D 因
为D S D 的最高输出频率一般限制在 0 4 以下 , . 这对于飞速发展的通信技术是远远不够的.2 杂散 分量丰 () 富. 杂散是 D S D 本身所 固有 的, 主要 由相位舍位 、 幅度量化和 D C的非理想特性所引起 . A 杂散分量直接影响
因是 e ) ( 是一个周期序列 . 如果能破坏 e ) ( 的周期性 , 使相位截断误差 e ) 随机序列 , ( 变成 就能够将有规 律的杂散分量变成随机的相位噪声 , 从而消除相位截断引起 的杂散 , 提高输 出频谱 的纯度. 其结构图如图 1
DDS相关内容及其杂散特性
DDS相关内容,DDS原理及其杂散特性一、DDS(Direct Digital frequency Synthesis)即直接数字频率合成器,是一种新型的频率合成技术,具有较高的频率分辨率,快速的频率切换,稳定性好,可灵活产生多种信号的优点。
因此,在现代电子系统及设备的频率源设计中,尤其在通信领域,直接数字频率合成器的应用越来越广泛。
在数字化的调制解调模块中。
DDS取代了VCO(模拟的压控振荡器),被大量应用。
这种合成技术是一种利用数字技术来控制信号的相位增量的技术,它采用插值取样的方式,将要合成的正弦波波形用若干个采样点的取值来代替,然后依次等时间间隔输出这些取值,每个采样点的值由预先存储的数字值经D/A转换后得到。
DDS信号发生器把信号的发生器的频率稳定度,准确度提到与基准频率相同的水平,并且可以在很宽的频率范围内进行精细的调节。
也就是说它对的误差很小,与基准频率之间的误差很小。
可以工作在调制状态,可以产生任意波形。
DDS的工作原理:DDS技术是根据奈奎斯特取样定律,从连续信号的相位出发,将正弦信号取样,编码,量化,形成一个正弦函数表,存在EPROM中,合成时,通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量,也就是我们所称的步长。
相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同,在时钟频率即采样频率不变的情况下,通过相位的改变来改变频率。
(其中奈奎斯特采样定理:解释了采样率和所测信号频率之间的关系。
阐述了采样率fs必须大于被测信号最高频率分量的2倍)。
二、DDS杂散特性:基于波形存储的DDS(直接数字频率合成器)技术具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、稳定度高、可编程、全数字化、易集成等突出优点,因而得到广泛的应用。
但是,由于DDS数字化实现的固有特点,决定了其输出信号频谱杂散较大。
如何抑制DDS输出频谱中的杂散就成为了研究的热点。
从以下几个方面说明DDS的误差杂散来源:1.关于输出频率稳定性:DDS一般采用石英晶体振荡器作为它的参考激励源,DDS输出频率的稳定性和参考时钟的频率稳定性是一致的。
DDS在相控阵雷达信号处理中应用策略分析
DDS在相控阵雷达信号处理中应用策略分析摘要:本文介绍了直接数字节合成技术(DDS)的工作原理,并对其结构组成、特点及影响其性能的主要因素进行了分析;根据直接数字合成技术的特点,探讨了其在相控阵雷达上的应用,并总结了DDS器件的主要组成和特性;着重研究了T/R组件中DDS单元电路的设计。
关键词:直接数字节合成技术;相控阵雷达;应用策略分析DDS技术是一种新型的频率相位合成技术,它充分发挥了大规模集成电路(LSI)的快速、低功耗、大容量、体积小的特点,它的相位噪声低,频率分辨率高,转换速度快。
由于大规模集成电路技术在工艺、材料等方面的不断革新,以及近年来对其算法的不断完善,使得DDS以其独特的优越性受到人们的重视,并逐渐成为当今国际上最热门的频率合成技术。
一、DDS的工作原理及重要参数DDS主要有两类,即脉冲输出DDS和波形输出DDS。
目前,生产和使用最多的是波形输出DDS,这种芯片也被用于日常的科研试验中。
DDS的工作原理框图展示在图1中,其中包括原理框图器、只读存储器、数字节模拟转换器、低通滤波器,以及一个基准时钟。
该相位累加器是一个具有溢出位的N比特累加器,它的数值确定了瞬间相位,把N比特的数据截短为Mbit,然后寻址ROM,产生Dbit 的正弦和余弦数据,再利用DAC把它变换为模拟信号,然后用低通滤波器过滤掉多余的频率分量,从而获得期望的频率波形[1]。
在每个时钟循环中,相位累积器都会随着FCW的数值增大而增大,直至溢出,再从头再来。
每个溢出的时间间隔决定了输出的正弦波或余弦波的时间,所以FCW频率控制是可以用来控制正弦波和余弦波的频率的。
其中,最高频率fom连续信号的波形取决于波形存储的内容,通过基准时钟确定输出信号的最高频率。
数字取样是DDS相位控制的理论基础。
在硬件上,它是将一个由相位累加器和相位控制器提供数字量输入的逻辑操作装置。
K是移相器的相位控制字节,通常比累加器的字节长度要小。
DDS的幅度量化杂散分析一
DDS的幅度量化杂散分析(一)【摘要】在对幅度量化杂散信号的特性进行讨论的基础上,用信号分析法着重对无相位舍位情况下幅度量化杂散信号的频谱特征及能量进行了分析,并用离散付里叶变换法通过仿真得到了一些幅度量化杂散水平的定量结论。
【关键词】直接数字频率合成幅度量化杂散引言XX直接数字频率合成(DDS)是一种新型的频率合成方法,它以极高的频率分辨率、连续的相位变换方式、极快的频率转换速度和极低的相位噪声而在众多电子领域得到了越来越应用,并被视为频率合成的方向。
但DDS的全数字结构也使得它有较大的输出杂散,这一缺点是限制DDS进一步应用和的主要因素,因而杂散分析是当前DDS的研究重点。
幅度量化是DDS杂散的一个来源,由于幅度量化杂散信号的幅度通常远小于由相位舍位和DAC误差引起的杂散信号幅度,因而一直没有受到足够的重视,但幅度量化杂散作为三大杂散之一,对其进行系统分析不但有重大的理论价值,而且对DDS的工程应用有很重要的指导作用,特别是在无相位舍位情况下,其作用就更为重要。
XX1 幅度量化杂散分析概述XX11DDS的工作原理DDS的工作原理框图如下图所示:XX它由相位累加器、只读存储器ROM、数模转换器DAC及低通滤波器组成.图中fc为时钟频率,f0为输出频率,K为频率控制字,N为相位累加器的位数,W为相位累加器的输出位数(用B表示相位累加器寻址时舍去的位数,则有N=WB),L为ROM的输出位数。
频率控制字K在每一个时钟周期与相位累加器累加一次,得到的相位值被送到ROM中对其进行查表,ROM将相位值转换为与之对应的正弦幅度值(或其它波形信号的幅度值),该数字化的幅度值序列经数模转换和低通滤波后即为所需的输出频率f0,f0由fc和K共同决定,满足关系:XX最小频率分辨率为:XXΔ由工作原理可知,DDS的杂散信号有三个一、相位舍位.为了得到很高的频率分辨率,相位累加器的位数N通常做得很大,但实际中由于受体积和成本的限制,用来寻址ROM的位数W要小于N,查表时相位累加器的低B位就被舍去,因而会引入相位舍位误差。
DDS频谱分析及一种新型的改善方法
DD S 频谱分析及一种新型的改善方法韩军功 王家礼(西安电子科技大学机电工程学院 西安 710071)摘 要 从理论上分析了DD S 频谱杂散的来源和特点,在此基础上讨论了一种新的DD S 结构,采用扰码技术来抑制DD S 相位舍位杂散,并且用计算机模拟表明这种新结构大大的消除了DD S 的相位舍位杂散。
关键词 直接数字频率合成(DD S ) 频谱分析 杂散 扰码1 引 言直接数字频率合成(DD S )技术是近年来迅速发展起来的一种新兴的频率合成技术,它具有频率捷变速度快、频率分辨率高、相位连续以及可灵活产生波形等特点,一经问世就受到电子工程师的广泛关注。
特别是近几年来,可编程逻辑器件(CPLD )的迅速发展给DD S 的应用带来了更为广阔的前景,越来越多的人用CPLD 自己设计各种DD S 芯片。
现在,DD S 已经成为宇航、雷达、通信、电子战等系统中的首选。
但是,同锁相频率合成技术(PLL )相比,DD S 也有着许多致命的缺点。
其中最主要的缺点就是DD S 输出的频谱杂散较大,在输出带宽较窄时,可达到-70dB ~-90dB ,这基本满足要求。
但当输出带宽达几百兆赫兹时,只能做到-40dB ~-50dB 。
所以,如何改善DD S 的杂散一直是困扰国内外学者的难题,成为这个领域研究的热点。
本文首先对DD S 系统的频谱做了分析,然后给出一种新型的改善杂散的方法,并用计算机模拟仿真来比较它与传统方法性能的差异。
2 DD S 的基本工作原理及理想频谱图1即为DD S 系统的基本模型,从模型可以看到DD S 系统相当于一个数字控制器(N CO )其输出频率满足:f 0=k 3F clk 2N (1)当k =1时,DD S 的最小分辨率可达:∃f m in =F clk 2N图1 DD S 系统的基本模型图2 理想采样电路的等效模型从这个模型可以看出在理想的DD S 中DA C 以前的部分,实际上相当于一个理想的采样电路:从图2这个等效模型可推知理想的DD S 的s (n )=sin (2Π3f 03n 3T c )=sin (2Π3k 3F clk 3n 3T c 2N )=sin (2Π3k 3n 2N ) (2) 其中:T c =1 F clk 。
DDS芯片AD9854的噪声分析与应用
收稿日期:2002210215 通讯联系人基金项目:国家863计划资助项目(8632818201202)作者简介:包迪强(19772),男,硕士生,现从事现代频率合成技术研究.文章编号:167128836(2003)0320401204DDS 芯片AD9854的噪声分析与应用包迪强,石振华 ,严颂华(武汉大学电子信息学院,湖北武汉430072) 摘 要:通过离散傅立叶变换和傅立叶变换得到了直接数字合成(DDS )的相位截断杂散、背景噪声和非线性杂散分布规律,并且用AD9854设计了高频地波雷达频率综合器.设计中根据DDS 噪声分布特点从电路布局和控制字设定两个方面进行了改进,减小了DDS 的主要杂散.实验证明,该方法提高了高频地波雷达发射信号的无杂散动态范围(SFDR )约10dB ,增大了高频地波雷达的探测距离.关 键 词:直接数字合成;杂散;相位截断;背景噪声中图分类号:T N 742.1 文献标识码:A 直接数字合成DDS (direct digital synthesis )技术是一种在固定频率的时钟驱动下,用数字方式来产生频率和相位可变的输出信号的技术.但是DDS 作为一种全数字器件,由于结构限制,会产生固有杂散,要得到高性能的信号,必须采用杂散抑制技术.常用的一些抑制技术大多集中在对DDS 内部结构改进方面,如相位累加器的改进、ROM 的压缩技术、抖动注入技术等[1],但是如何在系统设计中减小DDS 杂散的文献迄今未见报道.本文首先推导了DDS 杂散的构成,然后从电路设计和控制字设定两个方面来减小DDS 杂散,实践证明,通过该方法,本实验可提高输出信号的无杂散动态范围约10dB.在高频地波雷达中,由于发射信号是具有高功率和方向性的线性调频波[2,3],不但要求发射信号精度高,稳定性好,频谱杂散<-70dB ,而且信号幅度、相位均可调整,以满足发射相控阵要求.本文针对高频地波雷达的上述要求,在分析DDS 杂散产生原因的基础上,设计了频率综合电路和频率控制字,使输出信号的无杂散动态范围(SFDR )达到80dB.1 减小DDS 杂散的方法1.1 DDS 的工作原理和理想DDS 的输出频谱从本质上来看,参考时钟被DDS 用设定好的一种尺度“划分”为输出信号,而这种尺度是二进制可编程控制字,一般有24~48位,这样在DDS 应用中可以提供频率分辨率非常高的输出信号.DDS 工作原理如图1所示,用满足Nyquist 准则的一定频率对一个正弦信号(也可以是任意周期信号)进行采样,控制采样周期Δt 之间的相位增量Δφ,每次累加到相位寄存器中,用得到的相位值来寻址ROM 查找表,实现相码和幅码的转换,得到输出波形的幅度值,经过D/A 转换为模拟信号,就得到了输出频率信号ω=Δφ/Δt . 假设在图1中,相位累加器位数为N ,频率控制字为K ,那么得到的输出阶梯波函数可以表示为采样序列和矩形函数的卷积( ):S (t)=∑∞n =-∞cos (ω0t )δ(t -nT c ) q (t )(1)图1 DDS 工作原理49卷第3期 2003年6月武汉大学学报(理学版)J.Wuhan Univ.(Nat.Sci.Ed.)ol.49N o.3 June 2003,401~404其中ω0=K2Nωc ,ωc 是系统时钟的频率,ω0为输出波形的频率,T c 为采样序列周期.矩形函数表示为:q (t )=U (t )-U (t -T c ),U (t )是阶跃函数.对S (t )进行傅立叶变换,得到波形的频谱:S (ω)=π∑∞n =-∞Sa (nωc -ω0ωc )・exp (j (nωc -ω0)ωc)δ(ω-n ωc +ω0)+π∑∞n =-∞Sa (n ωc +ω0ωc)exp (j (nωc +ω0)ωc)・δ(ω-n ωc -ω0)(2)式中Sa (x )=sin xx.从(2)式可以看出,理想DDS 输出信号的谱线是以Sa ()函数为包络的离散谱线,谱线位于nωc ±ω0处,用截止频率位于ωc /2的低通滤波器滤除高阶谱部分,得到ω0的输出波形.考虑到滤波器设计难度,一般选择输出波形的频率ω0<40%ωc .1.2 DDS 产生的杂散对于理想DDS ,产生的输出波形是无杂散的,理想DDS 应满足以下3个条件[4]:1)没有相位截断,即相位-幅度查询表的输入位数和相位累加器位数相等;2)ROM 用无限长的字码存储正弦波样点值;3)DAC 具有无限宽的数据总线,并具有理想的转换特性.1.2.1 相位截断杂散如果取消理想DDS 的第一个假设,对N 位累加器进行相位截断,假设得到B 位后送到ROM 查询表,输出波形相应的修改如下:设J (n )=(nK )m od (2B ),m od 是模余运算,得到nk 除以2B 的余数,对输出函数进行修正[5]:S (t )=∑+∞n =-∞cos (2πnK -J (n )2N) q (t )=∑+∞n =-∞[cos (2πnK 2N )+J (n )2N sin (2πnK 2N )] q (t )(3)这里有两个部分:前半部分就是理想DDS 产生的信号,后半部分是产生相位截断杂散的部分.把后半部分记做:f (t )=∑+∞n =-∞e (t )sin (ω0t )δ(t -nT c ) q (t )(4) 其中e (t )是斜率为J 1/T c ,高度为2B -N 的三角波[6],如图2中虚线所示.f (t )可以看成对e (t )采样后再与q (t )卷积.将f (t )做傅立叶变化,可求得相位截断杂散的频谱:F (ω)=2B -N2n ∑∞n =-∞∑∞m =1[Sa (mωx +n ωc -ω0ωcπ)・ δ(ω-m ωx +ω0-n ωc )e j2π(mωx +n ωc -ω0)+ Sa (-mωx +n ωc -ω0ωcπ)δ(ω+m ωx +ω0-n ωc )・ ej2π(-m ωx +n ωc -ω0)+Sa (mωx +n ωc +ω0ωcπ)・ δ(ω-m ωx -ω0-n ωc )e j2π(m ωx +n ωc +ω0)+ Sa (-mωx +n ωc +ω0ωcπ)δ(ω+m ωx -ω0-n ωc )・ ej2π(-m ωx +n ωc +ω0)](5)其中ωx =J 12B -Nωc ,可以得出,杂散位于±m ωx ±ω0-nωc 处,幅度最大为-6.02(N -B )dB.图2 相位截断导致的杂散1.2.2 背景杂散因为查找表存储区的大小限制,对幅度值作了近似存储,被略去的部分就会产生背景噪声.假设在DDS 中,存储位数为D 位,存储表中舍去的部分是在[-2-D,+2D ]中均匀分布的[7],把均匀分布的幅度值看成线性分布的函数,就可以求出在[0,2π]上噪声能量E N 和信号能量E S :E N =∫2π02-D2πx 2d x =2π32-2D (6)E S=∫2π0(sin (x ))2d x =π(7)信噪比:E S E N =10lgπ2π32-2D =1.7+6.02D (8)1.2.3 非线性效应产生的杂散和其他噪声对幅度值进行的DAC 是非线性变换,在输入幅度编码一定的情况下,实际的D/A 变换输出值与期望值有一定偏差,而这种偏差不是线性关系,而是存在积分和差分的非线性.D/A 变换非线性还包括转换过程的尖峰电流、上升和下降时间等.在高速DDS 中,非线性成为输出杂散的主要来源之一.非线性的影响主要是产生输出频率f out 的谐波分量和这些谐波分量的镜像分量,即在频率在f t 处的杂散分量[8].在高速DDS 中,这种情况就会越来越严重.f t =j ωc ±l ω0204武汉大学学报(理学版)第49卷j =0,1,2,...;l =1,2, (9) 除了上面3种DDS 内部结构造成的噪声外,实际应用过程中,外部产生噪声影响也不可忽略,如热噪声、时钟抖动,电源噪声等.通常情况下,起主要作用的时钟抖动产生的输出信号和杂散的频带展宽,宽度过大后就会形成基底噪声.1.3 减小杂散的方法减小杂散主要从以下3方面进行改进:1)对于截断相位杂散可以提高相位截断位数来增加它的SFDR.每增加一位大约可以使SFDR 增加约6dB ,现在大多数的高性能DDS 的相位截断位数都很高了,例如AD 公司的AD9854,截断位数达到17位,SFDR 可以达到102dB.2)对于背景噪声,由(6)式得到的是背景噪声总的能量.背景噪声是周期函数,其周期为T x =gcd (K ,2N )・T c ,其中T c 是时钟周期,gcd 为最小公倍数.如果增大周期,表明在通带内的谐波数增加,降低了每个杂散的能量,这样就可以提高输出信号的SFDR.如果K 为奇数(即最后一位是1),gcd (K,2N )=K ×2N ,是一个很大数,表明在0到f c 的谐波个数为K ×2N ,每个杂散能量很小,输出信号的SFDR 就会得到较大改善.另外,从(6)式看出,背景噪声功率只是与量化位数D 有关,分布在0~f c 内,当提高时钟频率f c ,相当于增大了噪声带宽,减小了通带噪声功率,提高了信噪比.3)对于D/A 转换杂散,可以采用设定低通滤波器来滤除杂散,也可以提高系统时钟使杂散远离信号频率,以减小杂散对输出信号的影响.2 频率合成器的结果与分析频率综合器电路框图如图3所示,PC 机通过RS 2232标准的C OM 口与试验电路板连接,单片机89C51与PC 机之间电平转换收发器采用M AX232,通过单片机并行口P0将控制字写入AD9854中,输出负载是50Ω,滤波器选择的是4~6MH z 的带通滤波器,带外衰减60dB.图3 试验电路框图试验结果用惠普公司ES A 2L1500频谱分析仪对能量谱P 进行测量,如图4(a )所示,当分析带宽为1kH z 时,输出信号SFDR 大于-75dB ,可以看出在输出信号附近的噪声基底是平坦的,无明显毛刺. 噪声基底主要是由背景噪声产生的,在AD9854中,D =12,由(8)式得背景杂散产生的信噪比为73.7dB.图4(a )所示的是电路直接输出的结果,图4(b )所示的是通过调整频率控制字和提高时钟频率等方法抑制背景噪声后的输出信号频谱,从结果看出对背景噪声的抑制时信号的SFDR 提高了大约5dB.在输出信号旁边有较高基底,是由于时钟的稳定度低引起的相位抖动导致的. 由观察输出波形的全频带谱图(图5),可以看图4 AD9854输出频谱图(a )抑制背景噪声前的输出信号频谱(b )抑制背景噪声后的输出信号频谱图5 过采样对输出频谱的影响(a )系统时钟为20MH z 的输出谱图(b )系统时钟为80MH z 的输出谱图304第3期包迪强等:DDS 芯片AD9854的噪声分析与应用出主要的杂散是DAC非线性,在图5(a)中时钟频率为20MH z,主要杂散位于10,15,20,40MH z处,符合非线性杂散公式(9).最大的杂散位于15MH z处,幅度为-60dB.当用AD9854倍频功能对外部时钟倍频(f c=4×20MH z)时(如图5(b)),D/A转换最大杂散幅度只有-70dB,非线性杂散出现在更高的频段.但是,如果使用AD9854内部P LL倍频会增加时钟的相位抖动噪声,最好使用外部高精度的时钟倍频使用. 此外,在设计电路中,对电源和数字电路进行有效的去耦滤波,使用大面积接地,分开数字地和模拟地,这些方法都可以减小杂散.使用高精度晶振和高稳定度地电源可以减小信号基底噪声.这些都是设计电路板时要考虑的问题.综上所述,本文从DDS结构入手,推导了DDS 的杂散分布.最后用AD9854设计了高频地波雷达的频率合成单元电路,通过设计电路和频率控制字减小DDS杂散,提高信号信噪比.整套系统经过测试,输出信号精度高,工作稳定,通过计算机实时控制,频率、相位、幅度、倍频次数可调,满足高频地波雷达发射信号要求.参考文献:[1] Ncholas H T,Samuela H.A150MH z Direct DigitalFrequency Synthesizer in1.25μm C M OS with-90dB SFDR[J].IEEE Journal o f Solid&Circuit,1991,132(12): 1522157.[2] Wu Shi2cai,Y ang Z i2jie,Wen Bi2yang,et al.WaveformAnalysis for HF G rand Wave Radar[J].J Wuhan Univ(Nat Sci Ed),2001,47(5):5192527(Ch).[3] Y ang Z i2jie,K e Heng2yu,Wen Bi2yang,et al.WaveformParamenters Design for Sea S tate Detecting HF G rand2Wave Radar[J].J Wuhan Univ(Nat Sci Ed),2001,47(5):5282 531(Ch).[4] Fei Y uan2chun,Shu G uan2li.The G enerating Technology o fWdeband Radar Signals[M].Beijing:National Defence Industral Press,2002(Ch).[5] Zhang Y u2xin,Peng Qing2quan.E ffect on Output S pectrumof DDS in Present of Phase T runcation[J].Journal o f UESTo f China,1997,26(4):1372142(Ch).[6] K roupa V F,Cizek V,Svandova H.S purious S ignals in DirectDigital Frequency Synthesis Due to Phase T runcation[J].IEEE Transation on Ultrasonic,Ferroelectrics and FrequencyControl,2000,47(5):1152119.[7] Y ang G eng2yun,T ian X in2guang.Analysis of the BackgrangN oise of Direct Digital Synthesis[J].Telecommunication andTechnology,2000,47(7):69274(Ch).[8] K roupa V F.Jitter and Phase N oise in Frequency Dividers[J].IEEE Transacation on Instrumentation and Measurement,2001,53(5):1632167.A N oise Analyse and Application of Direct DigitalSynthesis Chip AD9854BAO Di2qiang,SHI Zheng2hua,YAN Shong2hua(School of E lectronic In formation,Wuhan University Wuhan,430072,Hubei,China) Abstract:DDS(direct digital synthesis)structure and w orking theory is introduced.The analysis of DDS chip output spectum shaws the distvibuting rules of spurs which are caused of phase2truncation,back gtand2noise and am plitude2 truncation.DDS chip,AD9854,is used in desigring the HF grand wave radar transmitter.The result of the circuit shows this method can increase the SFDR(S pur Free Dynamic Range)of output signal about10dB.K ey w ords:DDS(direct digital synthesis);spurs signal;phase2truncation;backgrand noise404武汉大学学报(理学版)第49卷。
DDS技术及应用
4、 AD9851的应用举例 解:当外部参考时钟频率为30MHz的情况 下,如果要满足以下几种技术要求: (1)6倍参考时钟倍乘器工作; (2)相位置于11.25°; (3)选择power2up模式; (4)输出信号频率为10M Hz。
(8)相位可调,可接收来自单片机的5位相位控制字。
2 AD9851引脚功能
AD9851为28引脚表帖元件,其引脚 排列如下所示。
D0~D7,8位数据输入口,可给内部寄存 器装入40位控制数据。 PGND,6倍参考时钟倍乘器地。 PVCC,6倍参考时钟倍乘器电源。 W-CL K,字装入信号,上升沿有效。 FQ-UD,频率更新控制信号,时钟上升沿确 认输入数据有效。
fo=fc*K/2N
当K=1时,DDS为最小频率输出,则DDS的最小频率分 辨率可达:
Δf= fc*1/2N
四、DDS芯片9851功能介绍
1、AD9851主要特性如下:
(1)单电源工作(+2.7~+5.25V);
(2)工作温度范围-45~85℃; (3)低功耗,在180M Hz系统时钟下,功率为555mW。电源设置有
3.1基于FPGA正弦信号发生器
采用计数的方法产生地址信号,波形存 储器根据地址信号将数据读出,然后经过D/A 转换和滤波器将数字量转换为模拟信号;而 且还可以通过改变计数器的参数,改变地址 信号,实现频率连续可调。
基准时钟 (频率f)
计数(地 址发生器)
正弦波数据存 储ROM
D/A转换
滤波器
3.2直接数字频率合成(DDS)技术及应用
DDS的数学模型可归结为;在每一个时钟周期2兀内, 频率控制字K(FrequencyControlWords)与N比特相位累加器 累加一次,并同时对2N取模运算,得到的和(以N位二进制数 表示)作为相位值,以二进制代码的形式去查询正弦函数表 ROM,将相位信息转变成相应的数字量化正弦幅度值, ROM输出的数字正弦波序列再经数模转换器转变为阶梯模 拟信号,最后通过低通滤波器平滑后得到一个纯净的正弦模 拟信号。当DDS中的相位累加器计数大于2N时,累加器自动 溢出最高位,保留后面的N比特数字于累加器中,即相当于 做模余运算。可以看出:该相位累加器平均每2N /K个时钟周 期溢出一次。可见K和时钟频率f共同决定着DDS输出信号f 的频率值,它们之间的关系满足。
改善DDS相位杂散的与仿真
Abstract Direct digital frequency synthesis technology is greatly limited because of its spurious output which is diffi- cult to predict.Since the phase truncation is the key spurious of the output spectrum,this paper presents the ideal DDS output spectrum by the signal analysis method of Fourier transform,then obtains the regular patterns of the phase truncation to the DDS output spectrum.The phase jitter method is analysed and the DDS model is built based on it,and simulation result shows that the spurious are suppressed and proves that this way can suppress spurious ef- fectively. Keywords Direct digital frequency synthesis,Phase truncation,Random dither
第 39 卷 第 10 期 专 辑 2012 年 10 月
计算机科学 Computer Science
改善 DDS相位杂散的研究与仿真
Vol.39No.10Supp Oct 2012
陈娅丽 李哲英
DDS的杂散分析及降低杂散的方法
号中的相位截断杂散 ,然后探讨了 DDS 级 联设计 的方法 ,用于降 低系统 设计中 DDS 输出信 号的杂 散 ,最后 进行 了计算 机仿
ห้องสมุดไป่ตู้
真 ,证实了本文方法的可行性.
关键词 :直接数字频率合成 ;降低 杂散 ;相位截断 ;级 联
中图分类号 : TN74
文献标识码 :A 文章编号 :100529490( 2007) 0220572203
pωc - nωx - ω0 ) exp
-
j pωc
+ nωx ωc
+ ω0
- π2B- N ∞
∞
Sa
n p= - ∞ n= 1
pωc
-
nωx ωc
+ ω0π
×δ(ω-
pωc + nωx - ω0 ) ×
exp
-
j
pωc
- nωx ωc
+ ω0
(3)
式中 :ωx =
Kmo d 2B
2Bωc ,进而得出相位截断产生
图 2 系统时钟为 100 M Hz 的输出频谱图
优良的 DDS 器件不断出现 , 但目前 DDS 低杂散设 计的性能仍不能满足它在某些领域应用中的要求 , 因此对如何在系统设计中减小 DDS 杂散的研究具 有重要的理论意义和实用价值.
1 DDS 的工作原理
DDS 的基本思想是在 ROM 中存入正弦波的若 干个均匀间隔样值 ,在时钟频率的控制下把这些样 值输出到数/ 模转换器 ,将其变成模拟信号. DDS 的 原理框图如图 1 所示 .
[ SNR ] = 6. 02 D + 1. 76 dB . 2. 3 DAC 引入的杂散
DAC 杂散主要是由 DAC 的非理想开关特性和 直流非线性引起的. 通常 认为除了 DAC 有限分 辨 位数之外 ,DA C 转换过程中的瞬间毛刺 、差分非线 性、积分非线性 、数字噪声馈通以及时钟的泄漏等因 素都会导致频谱的劣化[ 8 ] ,它们会将这些杂散频率 的能量分配到基波的较低次谐波中 ,产生出 mf c ±
DDS杂散抑制技术及应用
( T e5 t s rhI stt o E , h i h a gHe e 0 0 8 , ia 2 h 4h Ree c t ue f TC s ia u n b i 5 0 1 Chn) a ni C jz
Ab ta tT i p p r nrd c s n mua ste me o f h e s a et h f c o u o sr et n b n y ig t s c : hs a e t u e a d s l e h t d o a — h ห้องสมุดไป่ตู้ o te e et f p r u e c o y a  ̄ z r i o i t h ps s i j i n wo
了 D SP L优 化 法 。 经 过 工 程 实 践 , 得 了 低 杂 散 、 步 进 的理 想 输 出信 号 。 D+L 获 小 【 键 词 ]D P L 杂 散 关 DS L 相 位 抖 动 法
中 图分 类 号 : TN7 文 献标 识 码 : 4 A 文 章 编 号 :0 8 7 9 2 1 ) 3 6 -4 1 0 -1 3 ( 0 0 1 - 5
Meh da dAp l ain o p r u jcino S to n pi t f u i s c o S o Reet f o DD
YA a — o g 2L U n — i NG J n y n I Ho g we i ,
( da iesy, n S a x 1 0 1 Chn ) 1Xiin Unv r t Xi h n i7 0 7 , i a i a
析 与 低 杂 散 设 计 是 DDS研 究 的 重 点 。
2 1量 化 误 差 .
DDS的工 作 原 理 已经 众 所 周 知 , 里 不 再 赘述 , 接讨 论 这 直
dds原理及dds器件的应用
DDS原理及DDS器件的应用1. 概述直接数字合成技术(DDS)是一种通过数字方式生成任意波形的方法,它以数字频率控制为核心实现了高精度、高稳定性的信号合成。
DDS器件是一种能够生成连续变化频率的信号源,广泛应用于通信、仪器仪表、医疗设备等领域。
2. DDS原理DDS原理是基于数字信号处理技术,通过数字频率控制、数字相位控制和数字幅度控制三个模块实现信号的合成。
2.1 数字频率控制DDS器件内部设有一个数字频率控制器,通过改变其输入数字频率来实现不同频率输出信号。
对于周期性信号,可以通过改变输入频率的整数倍来改变输出信号的频率。
2.2 数字相位控制DDS器件还内置有数字相位控制器,可以通过改变其输入数字相位来实现相位调制。
相位调制可以实现信号的相位平移、调制和解调等功能。
2.3 数字幅度控制DDS器件中的数字幅度控制器用于控制输出信号的幅度,可实现信号的幅度调制、放大和衰减等操作。
3. DDS器件的应用3.1 通信领域在通信领域,DDS器件可以用于信号的发射和接收、频率调制解调、载波锁定等应用。
由于DDS器件具有高精度、高稳定性的特点,可以生成低相位噪声的高质量信号,提高通信系统的性能。
3.2 仪器仪表领域在仪器仪表领域,DDS器件可以用于信号发生器、频谱分析仪、示波器等仪器的时钟源和参考源。
DDS器件的高稳定性和可编程性,可以实现频率可调、相位可调、幅度可调等功能,提高仪器仪表的性能和灵活性。
3.3 医疗设备领域DDS器件在医疗设备中的应用主要有电生理信号发生器、超声成像设备等。
DDS器件可以输出稳定的、可调节的信号,用于产生电生理信号模拟波形、超声信号等,提供可靠的信号源。
4. 总结DDS原理及DDS器件的应用逐渐受到各个领域的关注。
DDS器件以其高精度、高稳定性和可编程性的特点,成为现代通信、仪器仪表、医疗设备等领域中重要的数字信号源。
通过数字频率控制、数字相位控制和数字幅度控制三个模块的协同工作,DDS器件能够生成任意波形的信号,并广泛应用于各种信号处理和调制的场景中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Using DDS Aliases to Extend the Frequency RangeSam Wetterlin4/7/07A DDS is typically used to generate a fundamental frequency to about 1/3 of the clock frequency. The DDS also generates well defined aliases at higher frequencies, but those are usually filtered out. But it is possible to make use of them. This is exactly what was done by Professor Baier, DQ8SAQ, in his vector network analyzer, described athttp://www.mydarc.de/dg8saq/VNWA/baier.pdf, and also published in QEX, March/April, 2007. The beauty of his approach is that we can make use of desired aliases without having to filter out the undesired aliases. The purpose of this paper is to refine that idea to achieve high frequency coverage with no “dead spots” in the coverage.If the fundamental is F Fund and the clock frequency is F Clk, then F Fund is by definition at most F Clk/2 and the aliases will appear at N*F Clk ± F Fund, where N is an integer. As a practical matter N has useable values from 1 to perhaps 3. Thus, for example, a 100 MHz fundamental with a 400 MHz clock will be accompanied by aliases at 300 MHz, 500 MHz, 700 MHz, 900 MHz, 1100 MHz and 1300 MHz.The problem with aliases is that the output level declines with frequency according to a well defined rule. The envelope of the DDS output, showing the relative amplitude of the fundamental and aliases as a function of frequency, follows a curve equal to the absolute value ofsinc(pi*Output_Frequency/Clock_Frequency). [Sinc(x)=(sin x)/x]Figure 1 shows the envelope for a DDS using alternative clock frequencies of 260, 320, and 400 MHz, and a red line indicating the maximum of the three separate graphs.Figure 1—Alias Envelopes with Different Clock FrequenciesThe blue, yellow and green lines show different clocks. The red lineshows the maximum output level achievable by using the best clockat each frequency.Look first at the 400 MHz line (green). The output drops to very low levels around the clock frequency and integer multiples of that frequency. If we tried to make use of an alias at 380 MHz (by using a fundamental of 20 MHz), the output level would be extremely low. But each curve has a different point where the output vanishes. If at any frequency we choose the best of the three curves, we can achieve the output level represented by the red line, which is the maximum of the other three. For example, to generate a 380 MHz alias, we would be best off using the 260 MHz clock with a fundamental of 120 MHz (380=260+120).To achieve the output level of the red line in Figure 1, we use a 400 MHz clock to about 325 MHz output, then switch to the 260 MHz clock until we reach 400 MHz output, then switch to a 320 MHz clock up to output of 500 MHz….While shifting clock frequencies may sound complex, it is very easy with a DDS that uses a low frequency primary clock and has a selectable multiplier. With a 20 MHz primary clock, and a selectable multiplier up to 20, we can achieve the necessary clocks with multipliers of 13, 16 and 20.Figure 2 converts the output level to db and shows only the combined maximum envelope.Figure 2—Combined Envelope of Figure 1 Expressed in db.The achievable output almost never falls more than 20 db belowthe maximum output all the way to 1 GHz.Note that while the alias output generally decreases with frequency, the spur output does not. That means that if the best spurious free level is -55 dbc (typical of a DDS with a 10-bit DAC), then the spur level with the envelope reduced 20 db is only -35 dbc. Depending on the application, this may be workable, or may require that we move to a 14-bit DAC, such as the AD9951.If the DDS output is used as a test signal to stimulate a DUT, and we use a similar signal (perhaps offset by a few kHz) as the LO to detect the DUTresponse, we want the LO signal to match the RF signal only at the desired test frequency. (“Match” meaning to be offset by the desired IF.) Therefore, we want only the desired aliases of the two signals to match. This means we need the LO to be generated by a DDS with a slightly different clock frequency. Figures 3 and 4 show the output envelope of a DDS using the same frequencies as Figures 1 and 2, but each reduced by 20 MHz. If the DDS uses an internal multiplier with a 20 MHz primary clock, reducing each multiplier by one accomplishes the necessary clock changes.Figure 3—Envelopes with each clock reduced by 20 MHzComparing this graph to Figure 1 shows that it is feasible to havetwo slightly offset clocks for two separate DDS’s, without a majorchange in output level. The optimum points at which to switchclocks does change slightly.Figure 4—Maximum Envelopes of Figure 3 Expressed as dbWe have established that we can generate two signals with the desiredoutputs using two separate DDS’s with different clock speeds. Both DDS’s will operate off the same primary clock, which should eliminate the need tocoordinate them through a PLL as was done by DQ8SAQ using the AD9851, which has a clock multiplier with only two possible values, x1 and x6, and so does not work for our purposes.In general this means that if their desired aliases have the desired IF offset from one another, their other aliases are not “likely” to do so. However, there are so many possible combinations of fundamentals and aliases that we need to verify that there is no situation where the IF can be generated by combinations of the output signals other than the desired combination. DQ8SAQ confirmed that for his circuit, problems existed only at half-clock multiples. Figures 1 and 3 show orange dots at those multiples. Wherever such a dot falls on the red line envelope, it would be necessary to use a non-optimum clock, which can be found by dropping down to the level of the next-best clock. Of course, we could also use a fourth clock value if necessary to improve the “drop-down” value, as might be required for example at 750 MHz in Figure 3.。