第二章直接频率合成技术
电路中的频率合成与分解方法
电路中的频率合成与分解方法频率合成与分解是电路中的重要技术，它们被广泛应用于通信、无线电、音频处理等领域。
本文将介绍电路中常用的频率合成与分解方法，并探讨它们的原理和应用。
一、频率合成方法1. 直接合成法直接合成法是一种简单直接的合成方法，通过将不同频率的信号输入到混频器中，混频器将这些信号混合在一起，并输出合成后的频率信号。
这种方法适用于需要合成特定频率的场合，但在频率分辨率和相位噪声方面可能存在问题。
2. 锁相环合成法锁相环合成法是一种基于反馈的频率合成方法，它通过调节相位和频率来实现输入和输出信号的同步。
锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和分频器等组成，可以实现多种频率的合成。
3. 直接数字频率合成法直接数字频率合成法是一种采用数字信号处理技术的合成方法，它通过数字相位累加器和数字控制振荡器等组件，将输入的数字信号转换为相应频率的输出信号。
这种方法具有高分辨率、灵活性强的优点，适用于需要高精度和快速切换频率的应用。
二、频率分解方法1. 滤波器分解法滤波器分解法是一种常用的频率分解方法，它利用滤波器的频率选择性，将输入信号的不同频率分离出来。
根据需要可以选择低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等不同类型的滤波器进行频率分解。
2. 频谱分析法频谱分析法是一种基于信号频谱特性的分解方法，它通过将输入信号进行傅里叶变换，将信号的时域表示转换为频域表示。
通过观察频谱图可以获得信号的频率成分，并进行频率分解。
3. 相位锁定环分解法相位锁定环分解法是一种基于相位锁定环原理的频率分解方法，它利用相位比较器和低通滤波器等组件，将输入信号的频率分解为多个相位对应的分量。
这种方法适用于需要分析信号相位信息的应用场合。
结论频率合成与分解是电路设计和信号处理中的重要技术，通过不同的方法可以实现对信号频率进行合成和分解。
直接合成法、锁相环合成法和直接数字频率合成法是常用的频率合成方法，滤波器分解法、频谱分析法和相位锁定环分解法是常用的频率分解方法。
直接数字频率合成技术DDS
幅
位
度
码
码
数模变换器 DAC
时 钟
低通滤波器 LPF 输出
图3-11 相位/幅度变换装置
假设DAC的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输 入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表3-1所示。
二进制幅度码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
表 3-1
十进制幅度 二进制幅度码
0.1875
0 +1.1875
续表 3 - 4
8 1000 17π/16 -0.1951 0011 0.1875 1 9 1001 19π/16 - 0.5556 1001 0.5625 1 10 1010 21π/16 - 0.8316 1101 0.8125 1 11 1011 23π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 12 1100 25π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 13 1101 27π/16 -0.8316 1101 0.8125 1 14 1110 29π/16 -0.5556 1001 0.5625 1 15 1111 31π/16 -0.1951 0011 0.8175 1
② 将模2π的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度， 这里幅度可先用代码表示，这可以用一只读存储器ROM来 存储一个正弦函数表的幅值代码；
③ 用幅度代码变换成模拟电压，这可由数模变换器 DAC来完成；
④ 相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间 内是保持的，最终从DAC输出的电压是经保持的阶梯波。
2. 相位与幅度的变换
累加器输出的相位码，需先经过一个相位码/幅度码变换 装置之后，再经数/模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波 器才能得到所需的模拟电压。
频率合成技术详解共36页
频率合成技术详解
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
简述频率合成的原理及应用
简述频率合成的原理及应用1. 引言频率合成技术是计算机科学和电子工程领域中的一项重要技术，它能够根据给定的频率生成相应的信号。
本文将介绍频率合成的原理及其应用。
2. 频率合成的原理频率合成是通过将多个频率信号进行组合，得到一个新的具有指定频率的信号的过程。
下面将介绍几种常用的频率合成方法。
2.1 直接合成法直接合成法是最基本的合成方法之一，它通过使用固定频率的正弦波和余弦波的线性组合来生成目标频率的信号。
这种方法是最简单且易于实现的，但是由于合成的信号中只包含有限个频率成分，因此合成后的信号存在较大的谐波失真。
2.2 频率分割法频率分割法是一种比较常见的合成方法，它通过将目标频率分割成多个子频段，然后分别生成相应的子频段信号，最后将这些子频段信号进行叠加得到目标频率的信号。
这种方法可以有效减小谐波失真，但是在频率分割过程中会引入额外的计算复杂性。
2.3 相位调制法相位调制法是一种基于相位调制技术的合成方法，它通过调制不同频率正弦波的相位来实现频率合成。
具体而言，使用一个相位锁定环路（PLL）来跟踪和调整参考频率信号与目标频率信号之间的相位差，从而生成目标频率的信号。
相位调制法能够实现较高的频率精度和稳定性。
3. 频率合成的应用频率合成技术在许多领域都有广泛的应用。
下面将介绍几个常见的应用场景。
3.1 通信系统在无线通信系统中，频率合成技术被广泛应用于信号调制、解调和频谱分析等方面。
通过合成不同频率的信号，可以实现信号的快速调频和频率的精确控制，从而提高通信系统的传输速率和可靠性。
3.2 音频设备在音频设备中，频率合成技术常用于生成特定频率的音频信号，例如合成器、数字音乐工作站等。
通过合成不同频率的音频信号，可以实现不同音调、和弦和音乐效果。
3.3 测试仪器在电子测试仪器中，频率合成技术被广泛应用于信号源、频谱分析仪和网络分析仪等设备中。
通过合成不同频率的信号，可以用来测试和分析电路、器件和系统的性能参数。
基于DDS的高精度方波信号发生器的研究(测试计量技术及仪器专业优秀论文)
频率合成电路的印制电路板如图４．８所示：
图４．８频率合成电路的印制电路板图
４．５低通滤波器的设计
在本系统中要求滤波器的衰减特性要陡直，延迟时间要短，因此设计的低通滤波器的阶数为７阶，截止频率为１２０ＭＨｚ，对高频信号滤波后输出信号特性好。
４．５．１低通滤波器的选择
一般用一个可实现的衰减特性来逼近理想特性，且使衰减的变化处在所规定的容限之内，根据不同的逼近原则、不同的衰减特性，选择不同响应的滤波器。
低通滤波器【ｌ６】的频率响应主要有三种：巴特沃斯滤波器（最平坦响应滤波器）、契比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器。
巴特沃斯滤波器的响应最为平坦。
它的通带内没有波纹，在靠近零频处，有最平坦通带，趋向阻带时衰减单调增大，缺点是从通带到阻带的过渡带最宽，对于带外干扰信号的衰减作用最弱，过渡带不够陡峭。
契比雪夫滤波器在通带内衰减在零值和一个上限值之间做等起伏变化，阻带内衰减单调增大，带内有起伏，但过渡带比较陡峭。
椭圆函数滤波器不仅通带内有起伏，阻带内也有起伏，而且过渡带陡峭。
比较起来，椭圆函数滤波器性能更好。
几种典型低通滤波器的频率响应分别如图４．９所示［１７１：。
实现直接数字频率合成器的种技术方案
实现直接数字频率合成器的种技术方案数字频率合成器是指一种非常重要的电子技术设备，其可以将高精度的数字信号转化为高质量的模拟信号，并通过模拟电路将这些信号输出，使得它们可以被人类感知。
实现直接数字频率合成器的技术方案有很多，本文将会详细介绍其中几种方案。
首先，最基本的方案是采用数字锁相环（，简称PLL）来实现直接数字频率合成器。
PLL技术已经被广泛应用于数字电路中，不仅可以实现同步，还可以通过比较、过滤和放大的方式将输入信号与参照信号进行比较，从而实现频率合成。
在此方法中，数字信号由一个ARB（任意波形发生器）产生，然后通过一个分频器进行分频，得到一个低频数字信号。
然后，这个低频数字信号以作为输入信号，通过两个锁相环（一个主锁相环，一个辅助锁相环）进行比较和过滤，最终输出高质量的数字信号。
这种方案非常简单，低成本、功耗低，适用于低频合成，但缺点是精度较低。
第二种方案是数字信号处理器（DSP）。
为了实现更高精度和更高的频率合成，可以采用DSP来实现。
首先，数字信号由一个ARB产生，并通过高速ADC进行采样。
然后，DSP通过数字滤波器等技术将这些数字信号进行处理，最终输出精度高、频率高的数字信号。
这种方案的优点是可以实现高精度、高频率的数字信号合成，但缺点是复杂度高、功耗大。
第三种方案是FPGA（现场可编程门阵列）。
FPGA相当于一个可编程的芯片，在硬件上实现数字信号处理和频率合成这两个功能。
这种方案的优点是高度灵活、可修改、功耗低，可实现多路复用，缺点是工程量大、难度较高。
总的来说，实现直接数字频率合成器的技术方案有很多，具体的方案应根据具体的应用场景和需要来确定。
如果需要实现低成本、低功耗的低频率合成，则可以采用PLL技术的方案。
如果需要实现高精度、高频率的数字信号合成，则可以采用DSP的方案。
如果需要更高的灵活性和可修改性，则可以采用FPGA的方案。
直接数字频率合成技术及其设计方案
直接数字频率合成技术及其设计方案随着数字信号处理技术的发展，数字频率合成技术也日益趋向于成熟。
在通信领域、音频处理以及控制领域等众多应用中，数字频率合成技术已经发挥了重要作用。
直接数字频率合成技术是其中的一种经典的技术方案，本文将详细阐述直接数字频率合成技术及其设计方案。
直接数字频率合成技术简介直接数字频率合成技术是指利用数字信号处理技术，通过一定的算法和硬件实现直接合成目标频率的数字信号。
这种技术可以说是最直接的一种频率合成技术，能够实现高速、高精度的频率合成，同时也可以实现复杂的波形合成。
实现直接数字频率合成技术的基础是数字信号处理技术。
数字信号处理技术是将模拟信号转换为数字信号并对其进行加工处理的一种技术手段。
其中，经典的暂态周期采样、离散傅里叶变换、数字滤波等都是数字信号处理技术的重要组成部分。
直接数字频率合成技术设计方案在实际应用中，直接数字频率合成技术的设计方案一般包括以下几个步骤：第一步：频率合成算法设计。
一般情况下，直接数字频率合成技术的频率合成算法主要分为幅度调制算法和相位调制算法两类。
其中，幅度调制算法主要是通过改变目标频率对应的幅度值来实现频率合成，而相位调制算法则是通过改变目标频率对应的相位值来实现频率合成。
具体使用哪种算法，需要根据具体合成需求来确定。
第二步：数字信号处理系统设计。
数字信号处理系统是直接数字频率合成技术的核心部件。
它主要包括模数转换器、数字信号处理器、传感器阵列等。
其中模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理器则负责对数字信号进行加工处理，传感器阵列则负责接收来自环境的信号信息。
第三步：数字信号处理系统调试及测试。
设计好数字信号处理系统后，需要对其进行调试和测试。
主要包括硬件连接、调试软件和设备、系统参数的设置以及系统的稳定性测试。
第四步：直接数字频率合成技术的应用。
经过以上的步骤，直接数字频率合成技术的设计方案就完成了。
接下来可以将其应用到具体的项目中，如通信领域、音频处理领域以及控制领域等。
直接数字频率合成技术及其接口电路设计
直接数字频率合成技术及其接口电路设计第一章概述随着科技的不断进步，频率合成技术在现代化信号系统设计中扮演着越来越重要的角色。
其中，数字频率合成技术具有显著的优势，广泛应用于无线电通信、雷达制导、导航定位等领域。
本文将重点介绍直接数字频率合成技术以及其接口电路设计。
第二章直接数字频率合成技术直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）是一种数字信号处理方式，可以通过程序控制生成高精度的周期信号。
DDS技术的基本原理是将一个相位累积器与一个查表器相结合，通过不断地自增相位值，并将相位值作为查表器的地址，从而在输出端实现期望频率的产生。
DDS技术可以通过改变相位累积器的增量来改变输出频率，并且频率调整速度非常快。
相比于传统的类比频率合成技术，DDS 技术的频率稳定性更高，而且能够灵活地实现各种复杂的调制方式。
由于DDS技术具有诸多优势，因此在现代化无线电通信、雷达制导、导航定位等应用领域表现出极大的优势。
第三章直接数字频率合成接口电路设计直接数字频率合成器作为一种数字信号处理器件，需要与外部输入输出信号进行交互，因此需要设计相应的接口电路。
DDS接口电路主要包括数字控制单元、时钟源、数字信号滤波器、DAC 等部分。
其中，数字控制单元负责输入频率、相位信息，生成相应的控制信号，并将这些信号传送给DDS芯片。
时钟源则向DDS芯片提供稳定的时钟信号。
数字信号滤波器用于抑制DDS芯片输出波形上的杂散谐波，确保输出信号的质量。
最后，DAC将DDS芯片输出的数字信号转换成模拟信号，输出到外部电路中。
第四章相关应用案例直接数字频率合成器在无线电通信、雷达制导、导航定位等领域中有着广泛的应用。
下面简要介绍一些相关的应用案例。
1.无线电通信：DDS技术在无线电通信领域中被广泛应用。
例如，在输入频率为100MHz，输出频率为100.5MHz的情况下，DDS芯片可以通过改变相位累积器的增量来产生相应的频率。
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ωm, n称为组合频率；m和n的绝对值称为组合
频率分量的阶。
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第四章 单端口网络和多端口网络
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若频率合成器通过混频器取差频输出， 即ωout=ω1-ω2， 也就是m=1， n=-1，那么 m和n的其他取值均为干扰频率，高阶的干扰 频率的信号很弱，但是低阶的干扰频率信号 必须要加以考虑。
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第四章 单端口网络和多端口网络
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f n −1 + f n +
( Δf 0−9 )n−1 ( Δf 0−9 )n
10
n−2
+
10n −1
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第四章 单端口网络和多端口网络
6
由n个石英晶体振荡器和混频器以及滤波器构成，每 一个石英晶体振荡器的输出频率为
第四章 单端口网络和多端口网络
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若设置(Δf0) 1=(Δf0)2=(Δf0)3=0 MHz，则最小 输出频率为
(Δf 0 ) 2 (Δf 0 )3 f out = f1 + f 2 + f 3 + (Δf 0 )1 + + 2 10 10 = 47.0 + 6.0 + 5.0 ＝58.0 MHz
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第四章 单端口网络和多端口网络
11
若设置(Δf9) 1=(Δf9) 2=(Δf9)3=0.9 MHz， 则最大输出频率为
(Δf 9 ) 2 (Δf 9 )3 f out = f1 + f 2 + f 3 + (Δf 9 )1 + + 2 10 10 = 47.9 + 6.09 + 5.009 ＝58.999 MHz
1 + k 3 A3 (cos 3ω1t + cos 3ω 2 t ) 4
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当激励信号是双频激励时，则非线性网络输 出信号除了基波(ω0)和直流分量外，还产生 一系列组合频率分量， 即
ωm, n=mω1±nω2
式中, m, n＝…-3，-2，-1，0，1，2，3…；
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若要求输出频率为58～59 MHz、频率间隔为1 kHz的 1000(103)个频点。 则n=3。而f1、f2、f3的选择需由频率合成器对杂散的 要求来确定，我们选择f1=47.0 MHz，f2=6.0 MHz， f3=5.0 MHz。为了保证获得1 kHz的频率步进，我们应该 选择
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特点：
1. 输出频点数较少时； 2. 基本模块：倍频器、分频器、混频器、参考频率 源、放大器、滤波器； 3. 实现：模拟和数字电路； 4. 系统考虑：杂散和相位噪声，这些指标与成本密 切相关。
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¾基准频率为10 MHz的高稳定度和高精度的晶体振荡 器; ¾通过分频、混频、倍频等方法合成10 MHz、20 MHz、320 MHz、340 MHz……等19个特定频率; ¾输出频率与高稳定度和高精度的晶体振荡器输出频率 是相关的; ¾频率合成器的稳定度和精度与高稳定度和高精度的 晶体振荡器的稳定度和精度是一致的。
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三混频法特点
① fLO在输出中未出现，漂移对消功能； ② 产生任意期望的频率步进； ③ f 可以对消。
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4、双混频－分频法
fin + f1 + f 2 f1 + f 2 = fin = 10 9
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混频器本身就是一个非线性器件，其输 入和输出的响应可以表示为
vout = k1vi + k v + k v + ⋅ ⋅ ⋅
2 2 i 3 3 i
若令vi=A1cosω1t+A2cosω2t, 并将其代入上 式。 为了方便分析，可令A=A1=A2，则可得
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f IF 1 = fin + (Δf 0−9 )1 − fTO
f IF 2 (Δf 0−9 ) 2 = fin + (Δf 0−9 )1 − fTO + f + 10
f
' out
(Δf 0−9 ) 2 = fin + f + (Δf 0−9 )1 + 10
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2.2
直接频率合成器的几个主要组成电路 直接频率合成器是由混频器、倍频器、分频
器、压控振荡器(VCO)以及滤波器组成的。
直接频率合成器的性能指标取决于这些电路 的性能。
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2.2.1 混频器
混频器的作用是获得两个输入信号频率的 和频分量或差频分量。
=
102
Δf 0 = 0 MHz Δf1 = 0.1MHz Δf 2 = 0.2MHz # Δf9 = 0.9MHz
Δf1 = 0.1MHz
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输出要求： ① 58～59MHz；最小频率步进1kHz；
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直接频率合成技术是最早的频率合成方法，采用 此技术制作的频率合成器称为直接频率合成器。 ¾优点：频率分辨力高(可达到0.01 Hz)，频率转换时 间快(取决于开关的时间) ¾缺点：体积大、重量大、耗电高、可靠性差。
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3
¾直接频率合成器由标准的参考频率源、滤波器、倍频 器、分频器、混频器组成，由一个或多个参考频率合 成输出某一系列特定的频率。
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2、谐波法
¾ 与混合法相比，输出频率相隔一常数，如 20， 21，22，23，24MHz； ¾ 基本步骤： 1. 谐波产生，基频等于间隔； 2. 滤出所需谐波分量。 ¾ 在某一时刻只有一个频率输出，则可以采用电调滤 波器来提取所需的频率信号； ¾ 同时输出几个频率信号，则可以采用几个滤波器同 时提取所需的频率信号。
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3、 三混频法
------------利用标准模块重复构造频率
优点：减少设计的成本、时间，简化合成器的操 作、校准、维护。
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特点：
¾ 多个fref； ¾ 十进制单元； ¾ 输出频率是各个单元独立选择相加的组合； ¾ n与产生频点数有关； ¾ ¾
( Δf1 )n
10
n −1
是每个单元的频率步进；
( Δf 0−9 )2
10 +"+
f out = f1 + f 2 + " + f n −1 + f n + (Δf 0−9 ) +
f out
Δf 0−9 = f in + 10
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优点： ① 切换速度快，频率步进是RFswitch选择，但三混 频法是n个振荡器的调谐； ② 理论上能产生无穷小的步进； ③ 受限于矩阵开关（容量、隔离度）； ④ 相噪在传播过程中不会降低。
( Δf 0−9 )n−1 ( Δf 0−9 )n
10
n−2
+
10n −1
¾ 其中f1~fn选择由需求的杂散电平确定；
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输出58.129MHz
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14
输出的频率为fout=58.539 MHz，可以进行如下设置： (Δf5) 1=0.5 MHz, (Δf3)2=0.3 MHz, (Δf9)3=0.9 MHz
fn + (Δf 0~ 9 ) 10 n −1
，这意味
着会输出10个频率。Δf0~9表示从基本频率Δf0=0开始 的10个步进。 频率合成器总的输出频率为
f out
( Δf 0 ~ 9 ) 2 ( Δf 0 ~ 9 ) n = f 1 + f 2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + f n + ( Δf 0 ~ 9 ) 1 + + ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ + 10 10 n −1