直接数字频率合成器.ppt
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–通常将此视为第三代频率合成技术. –它突破了前两种频率合成法的原理,从”相位”的概念
出发进行频率合成. –这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控
制波形的初始相位. –还可以用DDS方法产生wenku.baidu.com意波形(AWG)
DDS原理
工作过程为: 1, 将存于数表中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形. 2, 两种方法可以改变输出信号的频率:
累加器的工作示意图
设相位累加器的位宽为2N, Sin表的大小为2p,累加 器的高P位用于寻址Sin表. 时钟Clock的频率为fc, 若累加器按步进为1地累加 直至溢出一遍的频率为
fout
fc 2N
若以M点为步长,产生的信号频率为
fout
M
fc 2N
M称为频率控制字
该DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个位相位寄存器组成，每来一
如数据采集,无线电接收,元件参数测试仪,频率计, 频率特性测试仪等.
DDS技术是一种先进的波形产生技术,已经在实际
频率综合技术概述
• 频率可变的振荡源
– 通过改变R,L,C元件参数改变正弦振荡的频率 – 通过改变充放电电流改变振荡频率
• 改变R • 改变L • 改变C • 改变电流
• 压控振荡器VCO
分别进行频率的 × ,÷, ± 运算
上述运算由模拟和数字电路混合实现, 由数字鉴相器,数字分频器,压控振荡器和 模拟环路滤波器组成.
输出频率分别为参考频率的 N倍, 1/N, ±FL
fo Nfr
1 fo N fr
fo fr1 fr2
PLL
为了使输出频率有更高的分辨率,常用到多 环频率合成和小数分频等技术.
(1),改变查表寻址的时钟CLOCK的频率, 可以改变输出波形的频率. (2), 改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法.
步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加, 累加器的值作为查表地址. 3, D/A输出的阶梯形波形,经低通(带通)滤波,成为质量符合需要的模拟波形.
但存在杂散大的缺点，限于数字电路的工作速度, DDS的频率上限目前还只能达到数百兆,限制了在某些 领域的应用。
AD9830
芯片特性 +5V电压供电 50MHz频率 片内正弦查询表 片内10位数模转换器 并行数据接口 掉电功能选择 250mW功耗 48引脚薄方扁封装 （TQFP）
DDS的信号质量分析
相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，整个DDS系统输出一个正弦波。输出
正弦波周期为
To
Tc 2 N M
频率为
fout
M
fc 2N
频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为：
M ( fout 2 N ) fc
0 M 2N 1
其中N是相位累加器的字长。频率控制字与输出信号频率成正比。由取样定理，所产生 的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出 频率不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。 在图中，相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。相位截断减小了查询表长 度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一 般比查询表长度小2~4位。
个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正
弦查询表地址上。正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦
波中 0~360o 范围的一个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数
字量信号，驱动DAC，输出模拟量。相位寄存器每经过2N/M 个 fc 时钟后回到初始状态，
DDS
这种技术的实现依赖于高速数字电路的产生，目前， 其工作速度主要受D/A变换器的限制。利用正弦信号的 相位与时间呈线性关系的特性，通过查表的方式得到信 号的瞬时幅值，从而实现频率合成。
DDS具有超宽的相对宽带，超高的捷变速率，超细 的分辨率以及相位的连续性，可编程全数字化，以及可 方便实现各种调制等优越性能。
直接数字频率合成技术 (DDS)
东南大学 无线电系 束海泉
Tel: 83792479
比赛中用到的波形发生器
波形是信息和能量的载体,它无处不在. 历来的賽题中,绝大部分都直接和间接地与波形发生 器有关.例如:
1,要求制作一个信号源 如第二届的”实用信号源的设计和制作”,第六
届 的”射频振荡器制作”,第五届的“波形发生器” 等 2,賽题中,需要用到信号源
– 用斜波扫描电压(流)控制产生扫频振荡器 – 用于频率稳定度和精度仪器不高的场合
• 频率合成技术
– 间接合成法------锁相环 PLL
– 直接模拟合成法(早期的直接合成法)------通过模拟电路实现多级的连
续混频 分频,获得很小的频率步进,电路复杂,不易集成
– 直接数字合成法------DDS
随着频率分辨率的提高,PLL的锁定时间也 越长,频率变化越慢.
DDS
– 1971年,由J.Tierney 和C.M.Tader 等人在 “A Digital Frequency Synthesizer”一文中首次提出了 DDS的概念,
DDS或DDFS 是 Direct Digital Frequency Synthesis 的 简称
取样系统信号的频谱
镜像频率分量为－60dB，而其他各种杂散分量 分布在很宽的频带上，其幅值远小于镜像频率分量。 D/A之后用的低通滤波器可用来滤去镜像频率分量， 谐波分量和带外杂散分量。第一个镜像频率分量 最靠近信号频率，且幅度最大，实际应用时， 应尽量提高采样时钟频率，使该分量远离低通 滤波器的带宽,以减少低通滤波器的制作难度。
VCO--用电压(流)控制振荡频率
改变R
改变C
改变L
改变电流
频率综合技术概述
• 开环VCO的频率稳定度和频率精度较低 • PLL使输出频率的稳定度和精度,接近参考
振荡源(通常用晶振) PLL框图如下:
PLL的构成
在反馈环路中插入频率运算功能, 即可改变PLL的输出频率. 有三种频率运算方式:
倍频 分频 混频
通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率，DDS的最小分辨率为
f m in
fc 2N
这个增量也就是最低的合成频率。最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所
以有
f0max
fc 2
与PLL不同,DDS的输出频率可以瞬时地改变,即可以实现跳频，这是DDS的一个突 出优点，用于扫频测量和数字通讯中，十分方便。
出发进行频率合成. –这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控
制波形的初始相位. –还可以用DDS方法产生wenku.baidu.com意波形(AWG)
DDS原理
工作过程为: 1, 将存于数表中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形. 2, 两种方法可以改变输出信号的频率:
累加器的工作示意图
设相位累加器的位宽为2N, Sin表的大小为2p,累加 器的高P位用于寻址Sin表. 时钟Clock的频率为fc, 若累加器按步进为1地累加 直至溢出一遍的频率为
fout
fc 2N
若以M点为步长,产生的信号频率为
fout
M
fc 2N
M称为频率控制字
该DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个位相位寄存器组成，每来一
如数据采集,无线电接收,元件参数测试仪,频率计, 频率特性测试仪等.
DDS技术是一种先进的波形产生技术,已经在实际
频率综合技术概述
• 频率可变的振荡源
– 通过改变R,L,C元件参数改变正弦振荡的频率 – 通过改变充放电电流改变振荡频率
• 改变R • 改变L • 改变C • 改变电流
• 压控振荡器VCO
分别进行频率的 × ,÷, ± 运算
上述运算由模拟和数字电路混合实现, 由数字鉴相器,数字分频器,压控振荡器和 模拟环路滤波器组成.
输出频率分别为参考频率的 N倍, 1/N, ±FL
fo Nfr
1 fo N fr
fo fr1 fr2
PLL
为了使输出频率有更高的分辨率,常用到多 环频率合成和小数分频等技术.
(1),改变查表寻址的时钟CLOCK的频率, 可以改变输出波形的频率. (2), 改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法.
步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加, 累加器的值作为查表地址. 3, D/A输出的阶梯形波形,经低通(带通)滤波,成为质量符合需要的模拟波形.
但存在杂散大的缺点，限于数字电路的工作速度, DDS的频率上限目前还只能达到数百兆,限制了在某些 领域的应用。
AD9830
芯片特性 +5V电压供电 50MHz频率 片内正弦查询表 片内10位数模转换器 并行数据接口 掉电功能选择 250mW功耗 48引脚薄方扁封装 （TQFP）
DDS的信号质量分析
相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，整个DDS系统输出一个正弦波。输出
正弦波周期为
To
Tc 2 N M
频率为
fout
M
fc 2N
频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为：
M ( fout 2 N ) fc
0 M 2N 1
其中N是相位累加器的字长。频率控制字与输出信号频率成正比。由取样定理，所产生 的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出 频率不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。 在图中，相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。相位截断减小了查询表长 度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一 般比查询表长度小2~4位。
个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正
弦查询表地址上。正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦
波中 0~360o 范围的一个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数
字量信号，驱动DAC，输出模拟量。相位寄存器每经过2N/M 个 fc 时钟后回到初始状态，
DDS
这种技术的实现依赖于高速数字电路的产生，目前， 其工作速度主要受D/A变换器的限制。利用正弦信号的 相位与时间呈线性关系的特性，通过查表的方式得到信 号的瞬时幅值，从而实现频率合成。
DDS具有超宽的相对宽带，超高的捷变速率，超细 的分辨率以及相位的连续性，可编程全数字化，以及可 方便实现各种调制等优越性能。
直接数字频率合成技术 (DDS)
东南大学 无线电系 束海泉
Tel: 83792479
比赛中用到的波形发生器
波形是信息和能量的载体,它无处不在. 历来的賽题中,绝大部分都直接和间接地与波形发生 器有关.例如:
1,要求制作一个信号源 如第二届的”实用信号源的设计和制作”,第六
届 的”射频振荡器制作”,第五届的“波形发生器” 等 2,賽题中,需要用到信号源
– 用斜波扫描电压(流)控制产生扫频振荡器 – 用于频率稳定度和精度仪器不高的场合
• 频率合成技术
– 间接合成法------锁相环 PLL
– 直接模拟合成法(早期的直接合成法)------通过模拟电路实现多级的连
续混频 分频,获得很小的频率步进,电路复杂,不易集成
– 直接数字合成法------DDS
随着频率分辨率的提高,PLL的锁定时间也 越长,频率变化越慢.
DDS
– 1971年,由J.Tierney 和C.M.Tader 等人在 “A Digital Frequency Synthesizer”一文中首次提出了 DDS的概念,
DDS或DDFS 是 Direct Digital Frequency Synthesis 的 简称
取样系统信号的频谱
镜像频率分量为－60dB，而其他各种杂散分量 分布在很宽的频带上，其幅值远小于镜像频率分量。 D/A之后用的低通滤波器可用来滤去镜像频率分量， 谐波分量和带外杂散分量。第一个镜像频率分量 最靠近信号频率，且幅度最大，实际应用时， 应尽量提高采样时钟频率，使该分量远离低通 滤波器的带宽,以减少低通滤波器的制作难度。
VCO--用电压(流)控制振荡频率
改变R
改变C
改变L
改变电流
频率综合技术概述
• 开环VCO的频率稳定度和频率精度较低 • PLL使输出频率的稳定度和精度,接近参考
振荡源(通常用晶振) PLL框图如下:
PLL的构成
在反馈环路中插入频率运算功能, 即可改变PLL的输出频率. 有三种频率运算方式:
倍频 分频 混频
通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率，DDS的最小分辨率为
f m in
fc 2N
这个增量也就是最低的合成频率。最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所
以有
f0max
fc 2
与PLL不同,DDS的输出频率可以瞬时地改变,即可以实现跳频，这是DDS的一个突 出优点，用于扫频测量和数字通讯中，十分方便。