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新型數字化可編程頻率合成器
摘要：頻率合成器是從一個(gè)或多個(gè)參考頻率中產(chǎn)生多種頻率的器件。它在信息通信方面得到了廣泛的應用，并有新的發(fā)展。本文主要介紹新型數字化可編程頻率合成器的原理、特點(diǎn)及其在傳輸測量?jì)x中的應用。關(guān)鍵詞：PLL 頻率合成器 可編程控制
隨著(zhù)數字技術(shù)的飛速發(fā)展,使頻率合成技術(shù)也躍上了一個(gè)新的臺階。 傳統的頻率合成器,通常從一排晶體振蕩器產(chǎn)生的各種頻率通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行頻率混合,或者采用鎖相(PLL) 技術(shù)實(shí)現頻率合成。如在八十年代初研制的撛夭ㄈ郝紛遠?饈砸菙中使用的頻率合成器即是PLL技術(shù),其原理見(jiàn)圖1：
圖1 采用PPL技術(shù)的頻率合成器方框圖
該合成器是由程序分頻器、 鑒相器及壓控振蕩器三大部分組成, 從晶振束的100KHz 標準信號經(jīng)100 分頻后得1KHz的基準頻率fR,壓控振蕩頻率f1通過(guò)程序分頻得到頻率fM,fM和fR同時(shí)加到鑒相器進(jìn)行比較。只有當fR和fM完
全同頻同相時(shí),環(huán)路平衡被鎖定,即fR=fM�？梢�(jiàn), 當環(huán)路鎖定時(shí),壓控振蕩器的輸出頻率完全決定于程序分頻器的分頻比,即 f1= M·fR ,只要改變分頻比M,便可使f1改變,從而得到所需的各個(gè)頻率點(diǎn)。在撊郝紛遠?饈砸菙中,從2.5-4.2MHz頻段內,產(chǎn)生43個(gè)頻率點(diǎn)。
使用PLL 技術(shù)實(shí)現的頻率合成器在性能上較之RC、LC振蕩源有很大提高,但外圍電路復雜,且受外界干擾,分辨率難以提高,其他指標也不理想。 近年來(lái)，數字化可編程頻率合成器(簡(jiǎn)稱(chēng)DDS)的出現, 使頻率合成技術(shù)大大地前進(jìn)了一步。96年推出的DDS9850其頻率分辨率0.0291Hz,頻率準確度可控制到4×109分之一, 噪音電平-70dB以下,諧波失真衰減≥55dB,先進(jìn)的CMOS工藝不僅使AD9850性能一流,而且功耗小,在3.3V 供電時(shí), 僅為155mW,其基本結構框圖見(jiàn)圖2。
圖2中正弦查詢(xún)表是一個(gè)可編程存儲器(PROM),存有一個(gè)或多個(gè)完整周期的正弦波數據,在時(shí)鐘fc的驅動(dòng)下,地址計數器逐步經(jīng)過(guò)PROM,地址中相應的數字信號輸入到N位數模轉換器(DAC)的輸入端，DAC輸出模擬信號, 經(jīng)低通濾波器(LPF),可得到一個(gè)頻譜純凈的正弦波。
圖2 可編程控制DDS系統
系統的核心是相位累加器,它由一個(gè)加法器和一個(gè)N位相位寄存器組成,一般為24～32位,每束一個(gè)時(shí)鐘fc相位寄存器以步長(cháng)M增加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加,然后輸入到正弦查詢(xún)表地址上, 正弦查詢(xún)表包含一個(gè)周期正弦波的數字幅度信息,每個(gè)地址對應正弦波中0度～360度范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。 查詢(xún)表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號,驅動(dòng)DAC輸出模擬量。
圖3 DDS9850功能框圖
相位寄存器,每經(jīng)過(guò)2↑ N /M個(gè)fc時(shí)鐘后回到初始狀態(tài),相應的正弦查詢(xún)表經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)回到初始位置, 整個(gè)DDS系統輸出一個(gè)正弦波, 周期為T(mén)0=Tc· 2↑N /M, 頻率fout = M·fc/2↑N,相位累加器輸出N位并不全部加到查詢(xún)表, 而要截斷僅留高端13～15位,減小了查詢(xún)表長(cháng)度,但并不影響頻率分辨率。 DDS9850控制簡(jiǎn)單,可用8 位并行口或串行口直接輸入頻率,相位等控制數據,其工作原理如圖3。
它采用32位相位累加器,截斷成14位, 輸入正弦查詢(xún)表,查詢(xún)表輸出截斷成10位輸入到DAC。DAC輸出兩個(gè)互補的模擬電流接到濾波器上,外接一電阻RSET調節DAC 滿(mǎn)量程輸出電流,其調節關(guān)系是ISET=32( 1. 248V/RSET),
滿(mǎn)量程電流為10～20mA。
DDS9850內部有高速比較器接到DAC濾波輸出端,就可直接輸出一個(gè)抖動(dòng)很小的脈沖序列,此脈沖輸出可用作ADC器件的采樣時(shí)鐘。9850用5位斷據字節控制相位,允許相位按增量180度、90度、45度、22.5度、11.25 度移動(dòng)
或進(jìn)行組合。
DDS9850有40位寄存器,32位用于頻率控制,5 位相位控制,1位電源休眠功能,2位廠(chǎng)家保留測試控制,這40位控制字可通過(guò)并行方式或串行方式裝入到DDS9850。在并行裝入方式中,通過(guò)8位總線(xiàn)D7....D0重復5次裝入寄存器,在FQ-VD上升沿把40位數據從輸入寄存器裝入到頻率和相位及控制數據寄存器,從而更新D
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