直接数字频率合成器DDS研究设计毕业论文

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目录

1. 引言 (1)

1.1 频率合成器的研究背景 (1)

1.2频率合成器的研究现状 (1)

2. 频率合成技术 (3)

2.1频率合成技术概述 (3)

2.2频率合成器的主要指标 (3)

2.3频率合成的基本方法 (5)

2.4 频率合成器的长期频率稳定度和相位噪声 (5)

2.4.1长期频率稳定度 (5)

2.4.2 相位噪声 (6)

2.4.3噪声来源 (7)

3. 直接频率合成（DS）技术 (8)

3.1 直接频率合成器的基本原理和组成 (8)

3.2直接频率合成器的几个主要组成电路 (9)

3.2.1混频器 (9)

3.2.2倍频器 (11)

3.2.3分频器 (12)

3.2.5石英晶体振荡器 (14)

4. 直接数字频率合成(DDS)技术 (17)

4.1 直接数字频率合成的组成及其特点 (17)

4.2 直接数字频率合成的基本原理 (19)

4.3 直接数字频率合成的相位噪声和杂散 (20)

4.3.1 直接数字频率合成的相位噪声 (20)

4.3.2 直接数字频率合成的杂散分析 (21)

4.3.3 降低杂散电平的方法 (21)

4.4 集成直接数字频率合成器的芯片介绍 (23)

5. 直接数字频率合成器的设计 (26)

5.1 DDS芯片在跳频系统中应用的总体框图 (26)

5.2 控制模块 (26)

5.2.1 AT89C51引脚说明 (26)

5.2.2 单片机外围电路设计 (28)

5.3 频率合成模块 (29)

5.3.1 AD9852的引脚说明 (29)

5.4电平转换模块 (32)

5.5低通滤波模块 (33)

5.6 放大电路 (35)

结束语 (36)

致谢 (37)

参考文献 (38)

1. 引言

1.1 频率合成器的研究背景

频率合成（频率综合）是指由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率域的线性运算，产生具有同样稳定度和精确度的大量离散频率的过程。实现频率合成的电路叫频率合成器，频率合成器是现代电子系统的重要组成部分。在通信、雷达和导航等设备中，频率合成器既是发射机的激励信号源，又是接收机的本地振荡器；在电子对抗设备中，它可以作为干扰信号发生器；在测试设备中，可作为标准信号源，因此频率合成器被人们称为许多电子系统的“心脏”。

频率源是雷达、通信、电子系统实现高性能技术指标的关键部分，许多现代电子设备和系统的功能的实现，都直接依赖于所用的频率源的性能，而当今高性能的频率源都是通过频率合成技术来实现的。

频率合成技术大约出现于20世纪30年代，最初产生并进入实现应用的是直接频率合成技术，它具有频率转换时间短、近载频相位噪声性能好等优点，但是，由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，直接式频率合成器的结构复杂、体积大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。到60年代末70年代初，相位反馈理论和模拟锁相技术在频率合成领域里的应用，引发了频率合成技术发展史上的一次革命，相参锁相式合成技术就是这场革命的直接产物。随后数字化的锁相环路器件，如数字鉴相器、数字可编程分频器等器件的出现，以及其在锁相频率合成技术中的应用，标志着数字锁相频率合成技术得以实现。由于不断吸收和利用脉冲计数器、小数分频器、多模分频器等数字技术发展的新成果，数字锁相频率合成技术日益成熟，锁相式频率合成器具有良好的窄带跟踪特性，可以很好的选择所需频率的信号，抑制杂散分量，并且可避免使用大量滤波器，十分有利于集成化和小型化。此外，还具有良好的长期频率稳定度和短期频率稳定度。但是，由于锁相环本身是一个惰性环节，使得频率锁定时间较长，故锁相式频率合成器的频率捷变时间较长。目前，锁相环频率合成器在各电子领域中获得较为广泛的应用。

1.2频率合成器的研究现状

频率合成技术是现代雷达，通信等电子系统实现高性能指标的关键技术之一．传统的频率合成技术包括模拟直接式频率合成和间接式频率合成。近几年来随着大规模集成电路和高速数字电路技术的日益成熟，以全数字结构为特征的直接数字频率合成技术得到了迅速发展，从而引发了频率合成领域的一次革命。它突破了传统频率合成器的诸多局限，具有相对带宽很宽，频率分辨率很高，频率捷变速度快，频率变换时输出信号相

位保持连续和全球集成化等优点，这些优点是由于DDS的全数字结构所赋予的，但也正是这种全数字结构造成了DDS的主要缺陷，即输出相位噪声和杂散电平高。

2. 频率合成技术

2.1频率合成技术概述

频率合成器是利用一个或多个标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。

直接数字式频率合成（DDS）技术的出现，导致了频率合成领域的第二次革命。1971年J.Tierney、C.M.Rader和B.Goid在A Digital Frequency Synthesizer 一文中发表了关于新型数字频率合成的研究成果，第一次提出了具有工程实现可能和实际应用价值的直接数字频率合成的概念。尽管当时该项技术未能立即得以普遍的重视，但是随着数字集成电路和微电子技术的发展，DDS逐渐充分体现出其具有相对带宽很宽、频率转换时间极短、频率分辨力很高、输出相位连续、可以输出宽带正交信号、任意波形输出能力、数字调制功能、可编程，以及全数字化结构便与集成等优越性能。DDS的缺点是工作频带的限制和杂散抑制差。

近年来，随着单片锁相式频率合成器等芯片的发展，锁相式、直接数字式，以及直接数字频率合成器（DDS）和锁相环（PLL）相结合所构成的频率合成器，以其容易实现系列化、小型化、模块化、工程化和其优越的性能已逐步成为三中最为典型、用处最为广泛的频率合成器。更宽的工作频带、更精确的频率分辨力、更低的相位噪声和寄生特性、更宽的频率转换时间，以及减小体积、降低功耗是对现代频率合成器提出的越来越严重的要求。DDS+PLL混合式频率合成技术将DDS的高频率分辨力和快速转换时间特性与锁相环路的输出频率高、寄生噪声和杂波低的特点有机结合，以尽可能全面的满足各种系统对频率源苛刻的要求。目前，开发应用最为广泛的一种方法，是采用DDS技术、变频技术和锁相环技术来实现高性能的频率合成器。

当今世界，由于通信、雷达技术的飞速发展，对系统相位噪声的要求越来越高。DDS 与PLL相结合所构成的频率合成器，以其优越的相位稳定性和极低的颤噪效应，成为比较理想的频率源。

2.2频率合成器的主要指标

为了正确理解、使用与设计频率合成器，首先应对它的质量指标进行了解。频率合成器的使用场所不同，对它的要求也不全相同。大体说来，有如下几项主要技术指标：频率围、频率间隔、频率稳定度和准确度、频率纯度（杂散输出和相位噪声）、频率转换时间等等。合成器的体积、重量、功耗与成本等，就是由这些指标决定的。

（1）频率围