频率合成技术及其实现
通信电子中的数字频率合成
通信电子中的数字频率合成数字频率合成技术是现代通信电子领域发展的重要方向之一，它可以实现高精度、高稳定性的频率合成，广泛应用于无线通信、雷达、卫星导航等领域。
本文将从数字频率合成技术的原理、应用和未来发展方向三个方面进行论述。
一、数字频率合成技术原理频率合成通常指的是将低频信号合成到高频信号上，其原理为将若干个基准频率相加或相乘得到所需的高频信号。
数字频率合成则是指利用数字信号处理技术实现的频率合成技术，主要包括数字锁相环、直接数字频率合成、多倍频分频器等。
其中，数字锁相环技术是一种常用的数字频率合成技术，其基本原理是利用比例积分控制器，通过反馈调整相位，使输入的稳定振荡器和相位比较器的输出稳定在同一频率上。
数字锁相环的精度主要取决于稳定振荡器的稳定性和比例积分控制器的性能。
另外，还有直接数字频率合成技术，利用DDS芯片和数字信号处理器实现频率合成。
首先将所需合成的频率转换成数字信号，然后通过DDS芯片输出对应的数字信号，最后通过低通滤波器进行滤波，得到所需高频信号。
直接数字频率合成技术精度高、可编程性强，广泛应用于无线通信、卫星导航、雷达等领域。
二、数字频率合成技术应用数字频率合成技术在无线通信、雷达、卫星导航等领域都有广泛的应用。
在无线通信领域，数字频率合成技术可以实现高速、高精度的信号合成，提高通信质量和稳定性。
同时，在无线电广播中，数字频率合成技术也能够实现精准的频率调节，确保广播频率稳定、清晰。
在雷达领域，数字频率合成技术可以实现高精度的脉冲压缩和回波信号处理，提高雷达探测精度和距离测量精度。
在卫星导航领域，数字频率合成技术可以实现卫星信号的频率调制和解调，保证导航定位精度和稳定性。
同时，数字频率合成技术还可以用于限制干扰、增强信号抗干扰能力等应用。
三、数字频率合成技术未来发展方向数字频率合成技术在通信电子领域的应用越来越广泛，未来的发展方向主要包括以下几个方面：一是提高频率合成精度和稳定性。
频率合成的原理及应用论文
频率合成的原理及应用论文引言频率合成是一种在通信和信号处理领域中常见的技术，它可以通过组合不同的频率成分来合成复杂的信号。
在本论文中，将探讨频率合成的原理及其在不同领域的应用。
频率合成的原理频率合成的原理是基于谐波合成和混频技术。
谐波合成是指通过将基频的倍频加入信号中，来合成复杂的频谱。
混频技术则是利用扩频技术和相位调制技术，将不同频率的信号按照一定规律混合在一起。
谐波合成原理谐波合成原理是基于正弦函数的周期性特性。
通过将基频的整数倍加入信号中，可以生成不同频率的谐波。
这种方法可以用于生成周期性信号，如音乐中的音调。
混频原理混频原理是通过将两个不同频率的信号进行混合，生成一个新的信号。
这种方法可以用于合成复杂的波形信号，如通信中的调制信号。
频率合成的应用频率合成在通信、音乐合成和信号处理等领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用实例。
通信领域在通信中，频率合成用于生成调制信号和解调信号。
可以通过合成不同频率的信号来实现不同的调制方式，如频移键控调制(FSK)和相位键控调制(PSK)等。
频率合成在无线电通信、数据传输和无线传感器网络等应用中起着重要作用。
音乐合成频率合成在音乐合成中也有着广泛的应用。
通过合成不同频率的音符，可以生成各种乐器的声音。
这种技术常用于电子音乐制作和音乐合成器中。
信号处理在信号处理中，频率合成可以用于信号重构和滤波处理。
通过合成不同频率的信号，可以实现信号的重建和频率的调整。
这种方法常用于音频信号处理、图像处理和视频处理等领域。
频率合成的挑战和未来发展虽然频率合成在许多领域中有着广泛的应用，但仍面临一些挑战。
其中之一是精度和稳定性的问题。
频率合成需要精确地合成不同频率的信号，并保持稳定的输出。
另一个挑战是实时性和效率的问题，特别是在大规模数据处理和实时通信中。
未来的发展将致力于提高频率合成的精度、稳定性和实时性。
随着技术的进步，更多先进的算法和硬件工具将被开发出来，以满足不断增长的需求。
频率合成方法与实现
[ 15] 黄天鹏. 中国新闻事业，上海联合书店，1930 年版
频率合成方法与实现
姜涛 ( 四川理工学院自动化与电子信息学院 四川自贡 643000)
【摘 要】 本文就在电子系统和通信设备中最常用的信号产生方式——频率合成技术常用方法的原理、特点及发展做 了简要的介绍和比较，以便在今后的应用中有所借鉴。
频率合成理论自 20 世纪 30 年代提出以来，已取得了迅 速的发展，逐渐形成了目前的 4 种技术：直接频率合成技术、
频率合成技术详解.
根据类似的方法，也可以组成三环以至三 环以上的数字频率合成器。例如图11-13即是一 个三环数字式频率合成器的例子
10MHz 5MHz 参考 2
10MHz 210~280MHz PD1 N1 21~28 环路 滤波 带通 滤波
220.0~299.9999MHz 混频 I 10~19.9999MHz 10 100~199. 999MHz 带通 滤波 VCO1
输出 (3~3.9999MHz) VCO
N
~ ~ ~
PD 100Hz
晶振 N
N 可变分频次数 N=30000~39999
实际上，由于分频比很大，因此它往往分为固定 分频与可变分频两个部分。晶体参考振荡频率也需经 过适当的分频器降至鉴相器工作频率上。因此，方框 图可改为如图11-10的形式。
输 出 70~100MHz 70~ 100Hz 固定分频 M=16 4.375~ 6.25MHz 可变分频 N=4375 ~6250 VCO
5. 噪声性能 频率合成器的噪声性能既可用时域指标表示也可 用频域指标表示。 （1）频谱纯度 这是频域指标。理想的正弦信号的频谱只一根谱 线，实际的频谱如图11-1所示：
信号 杂波 噪声
（2）短期频率稳定度和瞬时频率稳定度 这是时域指标。 短期频率稳定度：从秒级到一天的时间间隔内的 频率不稳定性。 瞬时频率稳定度：从毫秒到秒量级的时间间隔内 的频率不稳定性， 最常用的时域指标——阿仑方差
PD1
10kHz
fR1=10kHz 10 参考 频率
fR2=9.741~9.828kHz 10
fR=100kHz
这种双环数字式频率合成器的优点是：体 积小，结构简单，调试方便，同时由于分频比 N下降，能够提高鉴相频率，环路通带被放宽 ，锁定时间缩短，相位抖动减小；由于振动而 引起的恶化也大有改善，克服了单环的缺点。 当然，它的缺点是比单环式的电路复杂些 。
如何进行电路的频率合成和分析
如何进行电路的频率合成和分析电路的频率合成和分析是电子领域中的重要技术，它在通信、无线电、音频处理等领域有广泛的应用。
本文将介绍如何进行电路的频率合成和分析。
一、频率合成频率合成是指通过某种技术或装置，将多个频率的信号按照一定的规律组合成一个新的信号。
常见的频率合成方法有锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）两种。
1. 锁相环（PLL）锁相环是一种广泛应用于频率合成的技术，它通过反馈控制的方式将输入信号和参考信号的频率和相位同步。
锁相环通常由相位比较器、调频器（VCO）、低通滤波器和分频器组成。
相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到一个误差信号。
该误差信号被送入调频器，调频器根据误差信号来调整输出频率，使其与参考信号保持同步。
调频器的输出信号经过低通滤波器滤波后作为反馈信号送回相位比较器。
通过不断调整和反馈，最终实现了频率的合成。
2. 直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成是一种通过数字方式生成信号的方法。
它利用数字信号处理技术，将输入的数字相位信号转换为相应的模拟频率信号。
DDS一般由相位累加器、查找表和数字控制模块组成。
相位累加器是DDS的核心部件，它用于产生相位累加序列。
根据输入的相位控制信号，相位累加器不断累加，得到不同的相位值。
查找表将相位累加器输出的相位值映射到具体的幅度值，从而得到对应的模拟频率信号。
数字控制模块用于控制相位累加器的工作模式和频率分辨率。
二、频率分析频率分析是对信号频率成分进行分析和测量的过程。
常用的频率分析方法包括傅里叶变换和频谱分析仪。
1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
通过傅里叶变换，可以将复杂的信号分解为多个不同频率的正弦波成分。
傅里叶变换的结果是频谱，用于表示信号中各频率成分的幅度和相位信息。
2. 频谱分析仪频谱分析仪是一种专门用于测量和分析信号频谱的设备。
它通过将输入信号变换到中频范围，并采用滤波、增益和检波等技术，最终显示出信号在频率和幅度上的分布情况。
模拟混合信号系统中的频率合成技术
模拟混合信号系统中的频率合成技术
在模拟混合信号系统中，频率合成技术扮演着至关重要的角色。
频率合成是指
生成一个高稳定度的时钟信号，以供整个系统中的各个模块使用。
在数字通信、无线通信、雷达系统等领域，频率合成技术都扮演着不可或缺的角色。
频率合成技术的核心是锁相环（PLL）和数字控制振荡器（DDS）。
锁相环是
一种经典的频率合成器，通过对输入信号进行频率和相位比对，逐渐调整输出信号的频率和相位，实现从输入信号到输出信号的稳定转换。
DDS则是一种数字化的
频率合成器，通过数字信号直接控制振荡器的输出频率，具有高分辨率、快速切换和灵活性强的特点。
在混合信号系统中，频率合成技术既可以单独应用，也可以与其他模拟数字混
合技术结合使用。
例如，在射频前端中，频率合成技术可以生成射频信号，用于收发信号的调制和解调；在数字基带中，频率合成技术可以生成基带信号，用于数字信号的处理和编解码。
频率合成技术的性能指标包括频率稳定度、相位噪声、谐波失真等。
频率稳定
度是指输出信号频率的稳定性，主要受到振荡器的影响；相位噪声是指输出信号相位的稳定性，主要受到锁相环的影响；谐波失真是指输出信号中包含的不同频率的失真分量，主要受到滤波器的影响。
为了提高频率合成技术的性能，可以采用更高精度的元器件、更优化的设计方案和更严格的测试标准。
总的来说，模拟混合信号系统中的频率合成技术是实现系统高性能的关键因素
之一。
通过对频率合成技术的深入研究和不断创新，可以提高系统的性能和可靠性，满足现代通信系统对频率合成技术的不断提升的需求。
频率合成的原理及应用
频率合成的原理及应用1. 引言频率合成是指通过将多个频率的信号按照一定的方法合成成新的频率信号。
频率合成技术在通信、音乐合成、电子制作等领域有着广泛的应用。
本文将介绍频率合成的原理及其在不同领域的应用。
2. 频率合成的原理频率合成的原理是通过组合多个基础频率的正弦波，按照一定的振幅、相位和时间长度的比例进行叠加，从而得到新的频率信号。
2.1 基础频率基础频率是频率合成中最小的频率单位，可以选择任意合适的频率作为基础频率。
常用的基础频率包括正弦波、方波、锯齿波等。
2.2 振幅、相位和时间长度频率合成中每个基础频率的振幅、相位和时间长度都可以自由设定，以实现不同的合成效果。
通过调整振幅可以控制合成信号的音量，通过调整相位可以改变信号的起始相位，通过调整时间长度可以改变合成信号的持续时间。
2.3 叠加原理频率合成中的叠加原理是基于线性叠加原理，即将多个信号按照一定的比例进行叠加，得到新的合成信号。
叠加过程中，各个信号之间可以存在不同的相位差，通过调整相位差可以实现音色的变化。
3. 频率合成的应用3.1 通信领域在通信领域，频率合成常用于无线电调制解调器、频率分割多址访问等设备中。
通过合成不同频率的载波信号，可以实现不同频道之间的切换和传输。
3.2 音乐合成在音乐合成领域，频率合成被广泛应用于电子合成器和音乐制作软件中。
通过合成多个基础频率的正弦波，可以创建出各种不同的音色和音效。
3.3 电子制作在电子制作中，频率合成常用于生成各种音效和信号波形。
通过合成不同频率、振幅和相位的信号，可以实现闹钟、音乐播放器等电子产品的功能需求。
3.4 频率合成器频率合成器是一种常见的电子设备，可以通过合成多个频率信号来生成所需的频率。
频率合成器在频率测量、信号发生器、频谱分析仪等设备中得到广泛应用。
4. 总结频率合成是一种通过组合多个基础频率的正弦波，按照一定的振幅、相位和时间长度的比例进行叠加的技术。
频率合成在通信、音乐合成、电子制作等领域有着广泛的应用。
频率合成技术
1、直接模拟频率合成
直接模拟频率合成技术是一种早期旳频率合成技术，它用一种或几 种参照频率源经谐波发生器变成一系列谐波，再经混频、分频、倍频和 滤波等处理产生大量旳离散频率，这种措施旳优点是频率转换时间短、 相位噪声低，但因为采用大量旳混频、分频、倍频和滤波等途径，使频 率合成器旳体积大、成本高、构造复杂、轻易产生杂散分量且难于克制。 不能实现单片集成，逐渐被锁相频率合成，直接数字频率合成技术替代。
K
累加寄存器输出旳累加相位数据相加，把相加后旳成果送至累加寄存器旳数据输入端。累 加寄存器将加法器在上一种时钟脉冲作用后所产生旳新相位数据反馈到加法器旳输入端， 以使加法器在下一种时钟脉冲旳作用下继续与频率控制字相加。这么，相位累加器在时钟 作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此能够看出，相位累加器在每一种时钟 脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出旳数据就是合成信号旳相位，相位 累加器旳溢出频率就是DDS输出旳信号频率。
DDS问世之初，构成DDS元器件旳速度旳限制和数字化引起旳噪声这两个主要缺 陷阻碍了DDS旳发展与实际应用。近几年超高速数字电路旳发展以及对DDS旳进一步 研究，DDS旳最高工作频率以及噪声性能已接近并到达锁相频率合成器相当旳水平。
2、锁相频率合成技术 （1）锁相环路工作原理
PD ————产生误差电压 ，LF ————产生控制电压， VCO ————产生瞬时输 出频率
PLL环路在某一原因作用下，利用输入与输出信号旳相位差产生误差电压，并滤除其 中非线性成份与噪声后旳纯净控制信号控制压控振荡器，使相位差朝着缩小固有角频 差方向变化，一旦相位差趋向很小常数（称为剩余相位差）时，则锁相环路被锁定了，
波形存储器设计主要考虑旳问题是其容量旳大小，利用波形幅值旳奇、偶对称特征，能够节省3/4 旳资源，这是非常可观旳。为了进一步优化速度旳设计，能够选择菜单Assign|Global Project Logic Synthesis旳选项Optimize10(速度)，并设定Global Project logic Synthesis Style为FAST，经寄存器性 能分析最高频率到达100MHz以上。用FPGA实现旳DDS能工作在如此之高旳频率主要依赖于FPGA先 进旳构造特点。
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。
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。
数字频率合成器的技术方案
数字频率合成器的技术方案在这个数字化的时代，频率合成技术已成为电子系统中的关键组成部分。
今天，我就来和大家分享一下关于数字频率合成器的技术方案，希望能为各位提供一个全新的视角。
一、方案背景频率合成器是一种能够产生多种频率信号的设备，广泛应用于通信、雷达、导航、仪器测量等领域。
随着数字信号处理技术的发展，数字频率合成器逐渐成为主流。
相比模拟频率合成器，数字频率合成器具有更高的频率精度、更低的相位噪声和更宽的频率范围。
二、技术方案1.基本原理数字频率合成器基于数字信号处理技术，通过数字信号处理器（DSP）对数字信号进行运算和处理，所需的频率信号。
其主要原理如下：（1）采用相位累加器（PhaseAccumulator）对输入的参考时钟信号进行累加，得到一个线性增长的相位值。
（2）将相位值映射到正弦波查找表（SinLookupTable），得到对应的正弦波采样值。
（3）通过数字到模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号，再经过低通滤波器（LPF）滤波，得到平滑的正弦波信号。
2.关键技术（1）相位累加器相位累加器是数字频率合成器的核心部件，其性能直接影响到合成器的频率精度和相位噪声。
我们采用高性能的FPGA器件实现相位累加器，确保高速运算和低功耗。
（2）正弦波查找表正弦波查找表用于存储正弦波采样值，其大小和精度决定了合成器的频率分辨率和幅度精度。
我们采用16位精度，存储1024个采样点，以满足高精度需求。
（3）数字到模拟转换器（DAC）DAC将数字信号转换为模拟信号，其性能影响到合成器的输出信号质量。
我们选用高性能的DAC芯片，具有14位精度和500MHz的转换速率。
（4）低通滤波器（LPF）低通滤波器用于滤除DAC输出信号中的高频噪声，保证输出信号的平滑。
我们设计了一个4阶椭圆函数低通滤波器，具有-60dBc的带外抑制能力和50MHz的截止频率。
3.系统架构数字频率合成器系统架构如下：（1）输入接口：接收外部参考时钟信号和频率控制信号。
频率合成器原理
频率合成器原理
频率合成器是一种将一个高稳定度和高精度的标准频率信号（经过加减乘除四则运算），产生同样高稳定度和高精度的大量离散频率的技术。
基于频率合成原理所组成的设备或仪器称为频率合成器。
频率合成器的工作原理主要基于锁相环（PLL）技术。
PLL是一种用于锁定
相位的环路，其控制量是信号的频率和相位。
它利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，最终呈现出动态平衡。
PLL频率合成器的工作原理如下：
1. 参考信号输入：将参考信号（例如晶振产生的稳定信号）输入PLL电路
中的相位检测器（PD）中。
2. 相位比较：将参考信号与频率可调的参考分频器输出的信号进行相位比较。
相位比较器会将两个信号的相位差转化为一个宽度与相位差成正比的脉冲信号。
3. 滤波器：将相位比较器输出的脉冲信号通过一个低通滤波器进行滤波，得到一个直流电压作为控制电压。
4. 控制电压输出：将滤波后的直流电压作为控制电压输入到压控振荡器（VCO）中，控制VCO的频率输出。
5. 输出信号调节：将VCO的输出信号经过分频器分频后得到所需的输出频率。
以上内容仅供参考，建议查阅关于频率合成器的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
现代电子技术_第二章_频率合成
现代电子技术第二章 频率合成第一节 频率合成的主要技术指标在无线通信技术中，往往对信号有频率稳定度和准确度高、能方便该换频率的要求。
石英晶体：稳定度和准确度很高，但只宜用于固定频率； LC 振荡器：改换频率容易，但频率稳定度和准确度不够高。
一、频率合成的方法1.直接合成法：用一个或多个石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，由这些基准频率产生一系列的谐波，这些谐波具有与石英晶体振荡器同样的频率稳定度和准确度，然后从这一系列谐波中取出两个或两个以上的频率进行组合，得到这些频率的和频和差频，再经过滤波等处理，获得所需频率。
2.间接合成法（锁相环路法）利用锁相环实现频率合成。
二、频率合成器主要技术指标1.频率范围频率合成器的工作频率范围，如：短波、超短波、微波等频段。
通常要求在规定的频率范围内，在任何的频率点上，频率合成器都能工作。
2.频率间隔频率合成器的输出频谱是不连续的，两个相邻频率间的最小间隔，叫频率间隔，又称为分辨力。
短波频率间隔：100Hz 超短波：最多50kHz 3.频率转换时间频率转换后，达到稳定工作所需要的时间。
与采用的合成方法有关。
4.频率稳定度与准确度频率稳定度：在规定的时间间隔内，合成器频率偏移规定值的数值； 频率准确度：实际工作频率偏离规定值的数值，即频率误差。
它们是合成器的重要指标。
其中，稳定度是准确度的前提，因此，一般只提频率稳定度。
5.频谱纯度频率的不稳定表现为频谱的不纯，即在主信号的两边出现一些附加成分，叫做相位噪声与杂散。
频谱纯度是衡量合成器输出信号质量的一个重要指标。
正常情况下，理想的纯净输出只有一条谱线ωc ，可表示为：)cos()(c c cm c t V t v θω+=，其中cm V 、c ω、c θ均为常数。
但实际上，合成器输出有寄生调幅和寄生调相存在：)](cos[)](1[)(t t t V t v c cm c θωα++=寄生调幅)(t α比较小，危害不大，一般可以略去；而寄生调相)(t θ是产生频谱不纯的主要因素。
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。
频率合成技术浅析
频率合成技术是以一个高精度和高稳定度的标准频率为基础，产生大量的具有同样精确度和稳定度的离散频率源。
频率合成技术在通信系统、广播电视、航空航天等领域有着广泛的应用，它对系统的可靠工作起着十分重要作用。
本文将介绍频率合成技术的发展过程和直接数字频率合成器的实现方法。
一、频率合成技术的发展过程&$直接频率合成技术（’()*+,-./,0*-(-简称’1）。
早期的频率合成器是利用混频器、分频器、带通滤波器完成对标准参考频率（晶体振荡源）的四则运算，产生所需的离散频率。
这种方法的优点是频率转换速度快，几乎任意高的频率分辨力，但是设备笨重、输出端有寄生频率，使其应用受到限制，如今已被其他频率合成器取代。
!$间接频率合成技术（2/3()*+,-./,0*-(-简称21）。
利用锁相环路和可变模分频器对标准参考频率进行锁定，选取不同的分频系数即可获得不同的频率输出。
这种方法利用了锁相环路窄带滤波特性，输出端无寄生频率，若采用多环和小数分频器方法，可解决频率分辨力与频率转换时间的矛盾，是目前广泛使用的频率合成器。
4$直接数字频率合成技术（’()*+,3(5(,-./,0*-(-简称’’1）。
最新的频率合成器是基于相位概念设计的，由数字电路的加法器、寄存器、存储器和数模转换器构成。
其优点是易于集成、功耗低、频率转换时间小且相位连续、宽频带和高频率分辨力，容易实现频率、相位、幅度调制。
为净化输出频谱，在设计直接数字频率合成器时可以引入锁相环路。
二、频率合成器的实现&$采用专用频率合成芯片。
一类是基于锁相环路的芯片，国外在这方面的发展已很成熟，典型产品是美国67,7)789公司的6:&;#&""系列，相当于国内华润微电子公司的:1:&;#&""系列，工作频率达4"6<=。
而>*)*5)(/*公司的>?4!4@工作频率高达!$!A<=，相当于中电!;所的1B4!4@。
频率合成技术
fi
fi
÷N
fo=fi/N PD LPF VCO
（b）数字分频环 ）
（c）分频环简化图 ） 分频式锁相环原理图
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电子测量原理
⑶混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算
fi1 PD fi2 M （－） （a）相加混频环 ） fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 fi1 fi2 LPF fo-fi2 VCO fo= fi1+ fi2 f i1 fi2 PD M （＋） （b）相减混频环 ） fo= fi1- fi2 LPF fo+fi2 VCO fo= fi1- fi2
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电子测量原理
二、锁相环（PLL）的基本概念 锁相环（PLL）
1. 锁相环基本工作原理及性能
锁相环是一个相位环负反馈控制系统。 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相 PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO） ）、环路滤波器 ）、电压控制振荡器 器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO） 及基准晶体振荡器等部分组成 。
（a） 谐波倍频环 ）
（c）倍频环简化图 ） 倍频式锁相环原理图 第6页
电子测量原理
⑵分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似， 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有 两种基本形式。 两种基本形式。
fo=fi/N PD LPF 谐波 形成 （a）谐波分频环 ） fi ÷ N PLL fo=fi/N VCO
1MHz 晶振 谐波发生器（倍频） 谐波发生器（倍频） 分频（ 10） 分频（÷10） 8MHz 2MHz 6MHz 1MHz 混频（+） 混频（ 混频（ 混频（+）
混频（ 3MHz 混频（+） 9MHz 直接式频率合成原理框图
频率合成技术原理
频率合成技术原理频率合成技术是一种用于产生特定频率的信号的技术。
通过频率合成技术，我们可以将一个或多个较低频率的信号组合在一起，从而得到一个高频率的合成信号。
频率合成技术在通信系统中得到广泛应用，特别是在无线通信和雷达系统中。
基于锁相环的频率合成是一种广泛使用的方法，它利用了锁相环电路的特性。
锁相环电路由相位比较器、环路滤波器、VCO（控制电压振荡器）和分频器组成。
其工作原理如下：1.相位比较器：相位比较器用于比较参考信号和VCO输出信号的相位差。
如果相位差存在，则相位比较器将产生一个纠偏信号。
2.环路滤波器：环路滤波器用于平滑纠偏信号，以便更好地控制VCO的频率。
3.VCO：VCO的频率受到环路滤波器输出信号的控制。
如果纠偏信号存在，则VCO的频率将增加或减小，以减小纠偏信号。
4.分频器：分频器将VCO的输出信号进行分频，以便产生所需的最终频率。
通过调节参考信号和锁相环中的其他参数，我们可以得到所需的合成频率。
基于锁相环的频率合成技术具有输出信号频率非常稳定的优点，可以实现高精度的频率合成。
另一种常见的频率合成技术是直接数字合成（DDS）技术。
基于DDS的频率合成器使用数字信号处理器（DSP）和相位累加器来产生输出信号。
1.相位累加器：相位累加器是一个数字计数器，用于累加一个固定的相位步进值。
这个相位步进值由控制器传递给相位累加器，并决定了输出信号的频率。
2.数字信号处理器：DSP接收相位累加器的输出，并使用一种数学公式将其转换为合成频率的数字表示。
该数字信号随后通过数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号。
3.数字模拟转换器：DAC将数字表示的信号转换为模拟信号，该信号经过滤波器以消除数字转换过程中引入的噪声和失真。
基于DDS的频率合成技术具有输出频率范围广、相位和频率调节较灵活等优点。
然而，由于其使用了数字信号处理器，因此在高频率合成时可能会受到时钟频率的限制。
总的来说，频率合成技术是一种通过组合较低频率信号以产生特定频率的信号的方法。
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第16卷 第6期V ol.16 N o.6重庆工学院学报Journal of Chongqing Institute of T echnology 2002年12月Dec.2002 文章编号:1671—0924(2002)06—0045—05频率合成技术及其实现Ξ张 建 斌(常州技术师范学院电信系,江苏常州 213001)摘要:综述了两种频率合成技术的原理、特点、工程设计应注意的问题及各种实现方法。
关键词:频率合成;锁相环;直接数字频率合成;FPG A ;DSP中图分类号:T N925+16 文献标识码:A0 引言高性能频率源是通信、广播、雷达、电子侦察和对抗、精密测量仪器的重要组成部分。
现代通信技术的飞速发展对频率源提出了越来越高的要求。
性能卓越的频率源均通过频率合成技术来实现。
频率合成技术是指将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过一定变换,产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术。
按频率合成技术的发展过程,可将频率合成的方法按其型式分为三大类:直接式频率合成器、锁相式频率合成器和直接数字式频率合成器。
在直接式频率合成器中,基准信号直接经过混频、分频、倍频、滤波等频率变换,最后产生大量离散频率的信号。
这种方法虽然频率转换时间短、并能产生任意小数值的频率间隔,但由于其频率范围有限,而更重要的是由于其中采用了大量的混频、分频、倍频、滤波等电路,使频率合成器不仅带来了庞大的体积和重量,耗电多、成本高,而且输出的谐波、噪声及寄生频率多且难以抑制,因而现在已很少使用。
1 频率合成器的原理1.1 锁相频率合成器[1]锁相频率合成器基于锁相环(P LL )进行工作,其基本组成如图1所示:图1 P LL 的基本组成 图1中,f r 为标准频率,发射系统中为晶体振荡器产生的标准频率信号,接收系统中为收到的标准频率信号。
f 0为锁相环路输出信号的频率。
当环路锁定时,则有f 0=Nf r 。
因此,通过频率选择开关改变分频比N ,可使压控振荡器的输出信号频率被控制在不同的频道上,其频道间隔即频率分辨率为f r 。
这便是锁相频率合成器的基本工作原理,图1所示也称为单环频率合成器。
图1的单环频率合成器存在一些缺陷,以致于难于同时满足合成器在频带宽度、频率分辨率和频率转换时间等多方面的性能要求。
因此,实际常采用多环频率合成器、双模分频频率合成器或小数分频频率合成器等方法来解决这些矛盾。
1.2 直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis ———DDS )1.2.1 DDS 的基本原理直接数字式频率合成技术是根据周期信号的波形特点(一个周期内不同的相位处对应不同的电压幅度)、Nyquist 取样定律及数字计算技术,把一系列事先对模拟周Ξ收稿日期:2002-09-03作者简介:张建斌(1966-),男(汉族),陕西人,副教授,主要从事频率合成、无线通信研究.期信号抽样得到的数字信号存于存储器中,再通过数/模转换成模拟信号,在时域中来实现频率合成。
因此,它又被称为波形合成技术。
图2给出了DDS 的组成原理及输出波形。
基本工作过程如下:模数为2N 的相位累加器,在时钟fc 的控制下,将频率控制字K 进行累加,对每个时钟脉冲,相位累加器在原值基础上加K,满量(即到2N )后,以剩余数为基础重复进行K 的累加过程,累加器的输出作为正弦查询表的地址,正弦查询表内所存储的内容是相应的sin (2πR/2N )的值。
其中R 为相位累加器的内容,正弦查询表的输出经DAC 变换在经过滤波后就得到所需要的正弦信号。
图2中,如果相位累加器字长为N 位,正弦查寻表为M 位,时钟频率为fc ,频率控制字为K,则有如下结果:最小的相位步进Δθmin 为:Δθmin =360°/2N最低输出频率为:f min =fc/2N图2 DDS 的组成原理及输出波形 最高频率分辨率为:Δf min =fc/2NDDS 输出频率为:f DDS =K Δf min =K fc/2N1.2.2 DDS 的特点[2](1)频率分辨率高。
从式Δf min =fc/2N 可见,频率分辨率决定于相位累加器的位数N ,只要N 足够大,就能获得所需的精细分辨率。
例如,当fc =10MHz ,N =32时,频率分辨率为2.2×10-3Hz ,这样的分辨率只有采用小数分频技术才有可能实现,对于传统的直接合成法或间接合成法来说,几乎是不可能实现的。
(2)频率转换时间快。
DDS 没有反馈控制过程,是一个开环系统,频率转换时间主要由低通滤波器的附加时延来决定,因此DDS 的频率转换时间要比目前使用的其它频率合成方法短几个数量级,一般在ns 级,特别适用于高速跳频通信中的频率合成。
(3)频率捷变时相位连续。
改变输出频率是通过改变K 实现的,其实质是改变了输出信号的相位的增长率,而输出信号的相位是连续的,这一特点可用于连续相位调制(CPSK )或跳频通信系统。
(4)DDS 易单片集成,易实现FSK 、PSK 数字调制,可以产生一般频率合成器难以产生的波形,易于微处理器控制,体积小、功耗低。
(5)可产生宽带的正交信号。
宽带正交信号是实现正交调制的关键。
在DDS 中利用相位累加器输出的相位码同时寻址两个正交的正弦信号函数表(sinx ,cosx ),可在频率合成器的整个频率范围产生始终正交的两路信号,这是其它方法难以做到的。
1.2.3 DDS 的不足[3]由于DDS 的工作原理是基于数字取样及数模恢复的处理,所以DDS 的主要性能受到其工作原理的限制:其一,根据Nyquist 取样定律,最高的输出频率是时钟频率的一半,即fc/2。
在实际工程实践中,DDS 最高输出频率由允许输出的杂散水平决定,一般小于40%fc 。
故若要提高输出频率将受到器件(如DAC 、ROM )的速度限制。
目前输出频率达到450MHz 的DDS 已研制成功。
随着电子器件工作速度的提高,DDS 的输出频率上限也将可以提高。
其二,DDS 输出的模拟信号中杂散寄生分量大,其中输出高频尤甚,它无法达到P LL 频率合成的频谱纯度。
其三,DDS 的功耗与其时钟频率成正比,故在供电受到限制的场合且又要求有较高的频率输出时,DDS 就有局限性。
尽管如此,将DDS 技术与锁相环混合来设计的频率合成器还是当前国际上最先进、最有发展前途的频率合成器。
所以,随着集成电路工艺水平的提高,其合成信号的频率也将会不断地提高,DDS 技术现有的缺点也将会逐渐得以克服。
1.2.4 DDS +P LL 混合频率合成方案[4]这种方案的基本思想是利用DDS 的高分辨力来解决P LL 中频率分辨力和频率转换时间的矛盾。
通常有两种基本方案:DDS 激励P LL ;DDS 附加P LL 。
(1)DDS 激励P LL 方案。
该方案用DDS 作为激励信号,将P LL 设计成倍频环,如图3所示。
其中DDS 在某个频率附近产生精细的频率步进,而P LL 则将DDS 产生的信号倍频到所需的频率范围内。
该方案通过采用高的鉴相频率(DDS 的输出频率)来提高P LL 的转换速度,并利用DDS 的高分辨率来保证小频率间隔。
同时P LL 的带通滤波性能对DDS 的带外杂散有抑制作用。
该方案的优点是电路结构简单,缺点是由于N 次倍频的作用,使得落在P LL 环路带宽内的DDS 相位噪声和杂散也增加了N 倍。
因此,采用该方案时,应该尽量提高DDS 的输出频率,以降低倍频次数,提高P LL 的频率捷变速度。
64重庆工学院学报图3 DDS 激励P LL 方案 图4 DDS 附加P LL 方案 (2)DDS 附加P LL 方案。
这种组合方案如图4所示,其输出频率为:f o =Nf r +f DDS 。
P LL 可采用高的鉴相频率f r,从而提高P LL 的频率转换时间,而DDS 的高频率分辨率则可完成频率的精细变化。
上限频率取决于N f r ,频率分辨率取决于DDS 。
由于DDS 的输出没有经过P LL 的倍频,所以带内相位噪声不会增大。
相反,带外噪声将受到P LL 的抑制。
所以该方案具有低的相位噪声和优良的杂散性能。
与上一种方案相比,该方案中由于引入混频器,会增加组合频率分量。
2 频率合成器的实现早期的频率合成器主要由分立元器件来实现。
20世纪70年代末期以来,由于中规模、大规模集成电路的问世,使得锁相式频率合成器、直接数字式频率合成器的发展趋于全集成化,所有电路都集成在一块芯片上。
20世纪90年代,电子技术和计算机技术的迅猛发展给频率合成技术的实现注入了新的活力,单片机技术、E DA 技术、DSP 技术在频率合成器中的应用使频率合成器的设计更加灵活、应用更加广泛。
2.1 用锁相式频率合成器芯片实现近年来,国内外已相继推出多种锁相环频率合成器大规模集成电路。
在这些大规模集成电路中,可将锁相式频率合成器中的主要部件如参考振荡器、参考分频器、鉴相器及可变程序分频器等集成在同一芯片上。
一个完整的锁相环频率合成器只需三、四块集成电路及少量外围电路即可组成,能缩小体积,降低成本,减小功耗。
比较典型的芯片是美国M OT O LONA 公司的MC145100系列产品,如表1所示。
表1 MC145100系列中LSIP LLIC 产品 该系列产品集成度较高,使用灵活,既可以自由地选择频率置定方式,又可以灵活地选择工作方式:混频方式(单模),固定前置分频方式(单模)和脉冲吞除计数方式(双模)等。
另外,在小数分频频率合成器方面,许多器件制造商也推出了一系列相应的芯片,比较典型的是荷兰Philips 公司的S A7025、S A8025系列芯片。
以S A7025为例,它应用了QUBIC BIC M OS 技术,是一块低功率、高性能双频率合成器集成产品。
它具有选择模数(为5或8)的小数N 分频锁相环在主环合成器中完成,即鉴相器的比较频率为信道频率的5倍或8倍。
这一特点降低了总分频比,从而获得较低噪声和较快的信道转换。
S A7025具有3种模数的预分频器(其分频比64/65/72),最大工作频率为1.04G H z 。
20世纪90年代以来,无线电通信设备如手机中大多采用了这种技术。
2.2 用DDS 芯片实现数字式频率合成器目前,DDS 产品有QUA LC OM M 公司的Q2330、Q2334、Q2368,ANA LOG DE VICES 公司的AD7008、AD9850、AD9851、AD9852,Harris 公司的HSP45116,S tand ford T elecom 公司的SET L -1178等专用芯片。
以AD9850为例,它采用先进的74张建斌:频率合成技术及其实现C M OS工艺,功耗在3.3V供电时仅为155mW,采用28脚SS OP表面封装形式。