DDS激励PLL方式的频率合成器设计

科技与创新┃Science and Technology & Innovation
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文章编号：2095－6835（2016）11－0120－02
DDS 激励PLL 方式的频率合成器设计
武志敏
（河北诺亚人力资源开发有限公司，河北 石家庄 050081）
摘 要：DDS+PLL 是目前频率合成技术的常用组合方式之一。

首先就DDS+PLL 的几种常用合成方式的特点进行了简单介绍，然后重点利用DDS 激励PLL 的方式，实现了一种低杂散低相噪的频率合成器的设计。

在自己的工作中证明了该方案的可实现性。

关键词：DDS ；PLL ；低杂散；低相位噪声；频率合成器
中图分类号：TN97 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.11.120
现代通信技术的发展迅猛，使得电子对抗领域对频率源的准确度、换频时间以及杂散相位噪声等技术指标的要求越来越高。

一般我们经常使用DDS+PLL 的方法来实现高频率、小步进、低相噪的频率合成器设计。

以下是对DDS+PLL 的常见组合方式作一简介。

1 DDS+PLL 的频率合成方式 1.1 DDS 内插于PLL
这种方式是把DDS 看作分频器插入PLL 。

正是因为DDS 的频率的分辨率是非常高的，因而可以实现宽频带、小步进频率的合成。

但是因为DDS 还可实现小数分频，所以会有部分频段出现杂散现象。

1.2 DDS 倍频于PLL
此种方式是将DDS 作为PLL 倍频的参考信号，PLL 就成了
N 倍频环。

此方式的优点是：电路设计简单，可以得到较高的频率输出。

因而适合应用在相对杂散、指标要求不是很高的分机以及系统中。

缺点是：因为PLL 用于直接倍频，所以在环路噪声带宽内的输出信号，相位噪声以及杂散指标，都将恶化20 dB 。

1.3 DDS 和PLL 直接混频
此方式是将PLL 信号作为本振信号，将DDS 信号做上变频、混频后，再通过一级带通滤波器将信号输出。

因DDS 信号是没有经过倍频的，对最终信号的相噪也就几乎没有影响。

同时，如果PLL 信号的相噪表现比较好，那么最终输出信号的相噪指标就会比较好。

然而，此方式中的杂散指标主要是依靠最后的那级带通滤波器作为保障，这就增加了带通滤波器的设计难度。

此方式的优势是：工作频率范围窄，换频时间较快，相位噪声指标很高。

1.4 DDS 激励于
PLL
图1 DDS 激励PLL 的混频合成方式框图
综合上面三种频率合成方式的理论分析以及在工作中的经验，对以上三种方案进行改进，采用DDS 激励PLL 的混频环方案。

这种混频合成框图，它是由DDS 、混频锁相环、时钟锁相环三部分组合而成。

框图中的时钟锁相环不但可以作为DDS 的输入参考时钟，而且可以作为混频锁相环的混频器输入信号。

具体情况如图1所示。

2 DDS+PLL 频率合成器设计 2.1 杂散指标分析 2.1.1 DDS 杂散
DDS 杂散的一部分是由幅度、相位截断误差引起的DAC 非线性引起，一部分是由DAC 非线性引起。

从杂散指标来分析，PLL 的环路带宽越窄越好。

因为如果环路带宽窄，杂散就不易落于环路带宽之内，输出频谱就干净。

2.1.2 组合杂散
频率合成中有很多杂散，比如在电路设计中所使用的线性及非线性器件，有源及无源器件均会产生杂散。

其中，DDS 和时钟信号之间的组合是杂散的主要来源。

为了满足90dB 的杂散指标要求，最终以时钟在700 MHz 与800 MHz 两点之间切换。

DDS 频率同时做改动，当信号输出频率为571.429 MHz 时，则设置时钟信号为700 MHz 。

另外，当时钟信号为700 MHz 时，在环路带宽内杂散点还有571.053 MHz 。

也就是说，这个频点DDS 谐波同时钟谐波的组合次数为45.通过推算，该点杂散指标能满足要求。

2.2 相位噪声的指标分析
混频倍频分频是指频率的加减乘除。

混频倍频分频均能改变最初信号的相位噪声。

就相位噪声的指标而言，混频即为和运算，而倍频则将恶化20l dB ，分频则会优化20 dB 。

下面对影响输出相位噪声的三方面进行讨论。

2.2.1 DDS 输出相噪
DDS 可以看作一个分频器件，在理论上，它的输出信号相位噪声会优化20 dB ，但实际上，因为DDS 期间内部的各种原因，使DDS 输出的相位噪声与理论计算输出不太一致。

该方案中，DDS 片子选用AD 公司的AD9910，其参考输入信号最高可以到1GHz ，输出信号可以到400 MHz 。

根据相关资料计算得出，输出信号在232
MHz@±10 kHz 处，
相位噪声则为：-127+20lg3.5+2≈-135（dBc/Hz ）。

2.2.2 时钟环输出相噪
该方案中参考源选用100 MHz 的超高频率精度超低相噪晶振，所以，在计算中可以忽略参考源相位噪声的恶化。

这里将时钟选取为800 MHz ，该处的相位噪声为：-147＋20lg8+2≈-127（dBc/Hz ）。

我们将此时钟环路的带宽选取得宽一些，这时@±100 kHz 处和@±10 kHz 处的相位噪声基本一样。

2.2.3 混频环相噪
若混频环的鉴相倍频次数为：N =1，则在227～232 MHz 频率下鉴相。

混频环输出在±10 kHz 处，其相位噪声则为：
-140+20lgN=-140+0=-140（dBc/Hz ）。

总结以上，该方案输出568～573MHz 信号的相位噪声@±10 kHz 和@±100 kHz 时理论值可达到－127（dBc/Hz ）。

（下转第125页）
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公式在计算底面为正方形的基坑土方工程量时，结果一致。

通用计算式（8）适用于底面可以划分为多个矩形组合而成的L 形、凹形、凸形、十字形、Z 形等形状（包括矩形）的周边均匀放坡（放坡系数相等）基坑土方计算中。

这一研究过程对在实际工程中精确计算基坑土方工程量有非常重要的现实意义。

参考文献
［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家
质量监督检验检疫总局.GB 50854—2013 房屋建筑与装饰工程工程量计算规范［S ］.北京：中国计划出版社，2013. ［2］袁建新，迟晓明.建筑工程预算［M ］.北京：中国建筑工业
出版社，2010.
［3］武育秦.建筑工程造价［M ］.重庆：重庆大学出版社，2009. ————————
作者简介：蒋飞（1988—），女，工学硕士，助教，主要从事工程造价与项目管理方面的研究。

〔编辑：白洁〕
（上接第120页）
3 最终测试结果
图2 相位噪声测试图
用Agilent 公司N9030频谱分析仪测试该合成器全频段范围内的相位噪声分别为：-125dBc/Hz@10 kHz ；-123dBc/Hz@100 kHz 。

杂散指标在全频段范围内都能够满足90 dB 的要求。

相位噪声
测试情况如图2所示。

4 总结
通过理论分析和试验结果得出，这种低相噪低杂散的频率合成器通过DDS 激励PLL 方式来实现，满足了实际工作中工程上的需求。

在研发中对相位噪声分析，对有杂散的频点避开，对将来频率合成器的理论分析和研制具备了很大的参考价值。

参考文献
［1］白居宪．低噪声频率合成［M ］．西安：西安交通大学出版
社，1995：236-240.
［2］戴逸民．频率合成与锁相技术［M ］．合肥：中国科学技术
大学出版社，1995：45-50.
〔编辑：胡雪飞〕
（上接第121页）
3.5 故障诊断
引起风机异常的原因为转子组件不平衡。

考虑到风机恶劣的工作环境及工作过程中的突发因素，初步判断是因风机在运转过程中，其转子出现一定的磨损或外部灰尘等杂质不均匀黏附等而使转子的质量中心发生偏移，引发了不平衡故障，导致风机异常。

4 结论
本文分别采用时域分析、频域分析、小波分析对不平衡振动信号进行了研究。

通过这三种方法的分析和对比，有效地提取了不平衡故障的特征，并对风机故障进行了诊断，解决了故障问题，以免给工矿企业带来不必要的损失。

参考文献
［1］张梅军.机械状态监测与故障诊断［M ］.北京：国防工业出
版社，2008. ［2］陈凤仪.风机技术标准体系的研究［J ］.风机技术，2009（3）.
〔编辑：刘晓芳〕
（上接第122页）
3 结论
齿圈高频淬火不合格主要是感应器与夹具不对正导致的。

感应器结构改变，导致加热温度不够，冷却速度减慢。

本文全面分析了齿圈淬火超差的原因，为解决这类质量问题提出了一种解决思路。

这样，有利于后续改进工作的顺利进行，而且还能防止同类情况再次发生，避免造成更大的损失。

参考文献
［1］胡光立，谢希文.钢的热处理原理和工艺［M ］.西安：西北
工业大学出版社，2008.
〔编辑：白洁〕
（上接第123页）
参考文献
［1］于松伟，杨兴山，韩连祥，等.城市轨道交通供电系统设计
原理与应用［D ］.成都：西南交通大学，2008.
［2］王彦峥，苏鹏程.城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析
［J ］.城市轨道交通研究，2007，10（6）. ［3］张钢.城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究
［D ］.北京：北京交通大学，2010. ————————
作者简介：白青林（1981—），男，河北沧州人，工程师，学士，主要从事供电系统施工管理方面的研究。

〔编辑：刘晓芳〕
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