DDS信号在扫频中的应用
基于DDS的雷达中频信号模拟器设计
引言雷达中频信号模拟器在雷达领域具有广泛的应用，可以用作频率合成器的重要组成部分，还可以作为调试检测时的模拟雷达中频回波信号的生成。
直接数字合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis）产生于上世纪七十年代初，与传统频率合成技术相比，DDS技术具有高的输出频率分辨率、高精度、低相噪、切换频率时保持相位连续等优点[1-6]。
传统的直接频率合成和锁相频率合成（PLL）已不能满足现代雷达频率捷变、波形参数捷变等快速跳频的需求[7]。
DDS技术是一种全数字技术[2-4]，为满足现在雷达所需信号的要求，频率合成就是用一个高稳定度与高标准度的标准频率源作为参考，通过对该频率进行各项运算和滤波后得到相同稳定度和准确度的不同的频率信号，作为雷达发射的基准频率。
中频信号模拟器作为辅助调试检测雷达使用时，需要对雷达接收到的回波信号进行模拟，产生相同频率的雷达回波信号便于整个接收通道的检查，可以辅助雷达完成距离零位标定、角度零位标定、相位补偿等各项工作。
1 DDS基本工作原理图1是DDS的工作原理框图[6]，在DDS内核中作为DDS的系统时钟，N位全加器对频率控制字F和相位寄存器的N位输出值进行叠加运算[2][4]，相位寄存器后信号流向分为两路，主路与相位控制字P通过加法器再次叠加运算后生成D位的ROM表寻址地址码，通过该寻址码在ROM查找表中找出当前频率控制字F和相位控制字P所对应离散波形幅度值数据；反馈路的信号等待下一个时钟信号与下周期的频率控制字F继续叠加，实时更新。
当前系统时钟周期结束后，离散的波形幅度值数据构成了离散输出信号的波形，在DDS内核外幅度控制字A控制乘法器对输出信号的幅度值进行选取，后经DAC及低通滤波器组对信号进行D/A变换和滤波最终得到实际需要的波形信号fout。
2 中频信号模拟器的系统设计及实现2.1 核心器件的选型及主要功能DDS芯片选用成都振芯公司的GM4940，该芯片包含32位频率控制字F，16位相位控制字P，10位幅度控制字A，同时支持单点频、FSK、PSK、OSK、RAMP、混频、扫频等多种操作模式。
基于DDS的毫米波汽车防撞雷达扫频源设计
基于 Ｄ Ｓ Ｄ 的毫米波汽车防撞雷达扫频源设计
刘旭东ｌ ， ２
（． １吉林省经济管理干部学院 ， 长春 １０２ ； ． ３０ １２ 长春理工大学 ， 长春 １ ０２ ３ ２） ０
摘
要 ： 用 直接 数 字频 率合 成 （ Ｄ ） 利 Ｄ Ｓ 分辨 率 高 、 换 速 度 快 的 特 点 ， 计 了 一种 基 于 Ｄ Ｓ芯 片 转 设 Ｄ
Ｌ Ｕ — ｄ ｎ ’ Ｉ Ｘｕ ｏ ｇ ２
（ ．ｉｎＰｏｉｃ ｃｎｍ ｃＭ ｎｇｍ ｎ ａｒ ｏｌ ｅＣ ａｇｈ ｎ１０２ ， ｈ ａ １ Ｊｉ ｒｖ ｅＥ ｏｏ ｉ ａａｅ ｅｔ ｄｅＣ ｌｇ ， ｈｎｃｕ ３ ０ １ Ｃ ｉ ； ｌ ｎ Ｃ ｅ ｎ
２ Ｃ ａｇｈｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａｄＴｃｎ ｌ ｙ Ｃ ａｇｈｎ１０ ２ ， ｈ ａ ．ｈｎｃｕ ｎｖ ｓｙ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈｎｃｕ ３ ０ ２ Ｃ ｉ ） ｅ ｉ Ｓ ｅ ｏ ｎ
第 ５卷 第 ４ ０ 期 ２ １ ４月 ００年
电讯 技 术
基于AD9835的低频扫频仪发射机设计
基于AD9835的低频扫频仪发射机设计作者：李津生丁敏来源：《电子世界》2012年第15期【摘要】根据DDS技术的基本原理和特点，本文介绍一种基于DDS芯片AD9835的低频扫频仪发射机设计方法，给出了发射机的各部分结构并对关键设计作了介绍。
用此方案制作的发射机具有适合窄带、低频，且精度高、幅频特性平坦的特点。
【关键词】直接数字式频率合成器；AD9835；低频扫频仪；发射机1.引言直接数字式频率合成器(Direct Digi-tal Synthesizer，DDS)是通过相位累加、查表输出直接合成所需波形的技术。
DDS技术具有频率分辨率高、频率切换速度快和频率切换时相位连续等优点，被广泛应用于扫频仪、函数信号发生器、雷达系统、通信系统中。
本文将介绍一种用ADI公司DDS芯片AD9835实现100Hz～10MHz扫频仪发射机设计的方案。
2.DDS技术原理正弦波的幅度根据以下公式变化：(1)其变化是非线性的，不易于产生。
然而，角度变化是线性的，即相位在单位时间内变化一个固定量。
角度变化规律与频率的关系为：(2)如图1所示。
由于相位随时间线性变化，在给定时间内相位变化为：(3)从而有(4)此处为参考时钟频率周期，即：，代入式(4)中可以得到(5)如图2所示，DDS芯片一般内部包含相位累加器、正弦表和输出数模转换器(DAC)，核心是相位累加器。
相位累加器以循环计数的形式从0～计数，由主时钟驱动。
相位累加器计数值为相位值经查表转换为幅度值送入DAC输出对应幅度。
设相位累加器为N位，则：(6)所以DDS的输出频率为：(7)式中：f为输出信号频率，，为参考时钟。
通过设置频率字即可控制输出频率，当时，输出频率最低，即频率分辨率：(8)最高频率理论上由奈奎斯特抽样定理决定：(9)实际器件最大频率只能做到参考时钟的40%左右。
3.AD9835介绍AD9835是ADI公司生产的一款50MHz直接数字频率合成器、波形发生器。
DDS原理与应用
DDS原理与应用DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成）是一种基于数字信号处理技术的频率合成技术。
DDS通过将数字信号通过DDS芯片转换为模拟信号的方波，可以实现在广泛的频率范围内产生高精度的正弦波信号。
DDS技术因其高稳定性、精确性和灵活性在无线通信、测量和仪器设备等领域中得到广泛应用。
DDS的基本原理是利用数字信号产生器（Digital Signal Generator）产生一个相位可编程的方波信号，通过滤波器（Low Pass Filter）对频率和幅度进行调整，最后转换为连续时间的模拟信号。
DDS的核心部件是相位累加器（Phase Accumulator）、相位查找表（Phase Look-Up Table）和数字到模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC）。
相位累加器是一个用于存储、计算和控制相位的计数器，每个时钟周期将相位累加器的值加上一个增量（累加相位步进），并将结果作为相位查找表的地址。
相位查找表则存储着一个正弦波周期内相对应的数字化样本值。
DAC负责将查找表中的数字化样本值转换为模拟信号。
DDS的工作过程如下：首先，通过设置一个初始的累加相位步进和一个参考时钟频率，数字信号产生器开始对相位累加器进行累加操作；然后，相位累加器的计数值会被用作相位查找表的地址，根据查找表中的数字化样本值产生一个宽度和波形可以调节的方波信号；最后，经过滤波器处理后的方波信号被DAC转换为模拟信号。
DDS技术具有很多优点和应用。
首先，DDS可以在较大的频率范围内实现高精度的频率合成，频率分辨率可以达到参考时钟频率的1/2^n。
其次，DDS技术具有很高的频率稳定性和相位稳定性，可以快速、准确地完成频率和相位调整。
第三，由于DDS技术是基于数字信号处理技术，因此非常便于与其他数字系统和微处理器进行集成。
最后，DDS技术还具有较低的成本和功耗，并且操作简单，方便使用和维护。
基于DDS技术的虚拟扫频仪
ｓｂｅ ｔ ｕ ｊｃ ．
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｅｅｔ ｃａ ｎ ｌｃｒｎｃｅ ｐ ｒ ｎａ ｅｃ ｉｇ ＤＳｔｃ ｎ ｌｇ ；ｖｒ ａ ￣ ｑ ｅ ｃ ｗ ｅ ｅ ；ｉｎ ｖｔ ｎ ｓｂｅ ｔ ｙ ｗ ｒ ｓ ｌｃｒ ｉ ａ ｄ ｅｅ ｔ ｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌｔａｈｎ ；Ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｎ ｏ ｉ ｙ ｉｕ ｔ ｌ ｅ ｕ ｎ ｙｓ ｅ ｐ ｒ ｎ ｏ ａｉ ｕ ｊｃ ｏ
Ｂ ＡＯ － ｉ ｇ， Ｌｉｘｎ Ｃ ＨＥＮ ａ －ｈ ｎ Ｘｉｏ ｚ ｅ ｇ
（ ． ｌ ｔｃａ ｎ ｌｃｒｎｃ Ｅ ｐ ｒ ｎａ Ｃ ｎｅ ，Ｎａｊ ｇＵ ｉ ．ｏ ｒｎ ｕｉｓａ ｄ Ａ ｔ ｎ ｕｉｓ １ Ｅｅ ｒ ｉｎ ａ ｄ Ｅｅ ｔ ｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｅ ｔｒ ｃｉ ｏ ｉ ｎｉ ｎｖ ｆＡｅｏ ａ ｔ ｎ ｓｒ ａ ｔ ； ｎ ｃ ｏ ｃ
计 。接 口与控 制 电路 主 要负 责 主机 与 外 设 的 通 信 ， 在 本 系统 中选 用 Ｐ Ｃ机 的并 行 接 口进 行 数 据 传送 。系 统
的总体 框图 如 图 １ 所示 。
本低廉 、 用灵 活等 特点 ， 得 开发虚 拟扫 频 仪是 一个 使 使
鲍 丽 星 陈 晓 争 ，
（． １ 南京 航 空航 天 大学 （ 军路 校 区 ）电工 电子实验 中心 ； ． 将 ２ 南京 熊 猫 电子集 团 ， 江苏 南 京 ２ １０ ） １ １０
摘 要 ： 绍 了基 于 Ｄ Ｓ技 术 的虚拟 扫频 仪 的硬 件 与软 件 设 计 ， 详 述 了 Ｄ Ｓ技 术 以及 用该 技 术 实现 介 Ｄ 并 Ｄ
扫 频信 号 源 的方法 。利 用该 技术 开发 的虚 拟扫 频仪 具 有 性 能稳 定、 试误 差 小、 用 灵 活 方便 等 特 点 ， 测 使
基于DDS的扫频干扰信号产生技术
变 化 范 围很大 的扫 频 信 号 的优 点 ， 有 一定 的 工程 实 具
用价值 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ３一Ｏ ；０ ２—０ １２ １ ６—２ ９修 回 。 作 者 简 介 ：张 石 艳 （１ ８ 一） 女 ， 程 师 ， 要 研 究 方 向 为 雷 达 信 ９０ ， 工 主 号处理 、 达干扰技术 。 雷
Ｄ ＤＳ的结构 主 要包 括 ： 位 累加 器 、 弦 查 询 表 相 正 （ ＲＯＭ） 数 模 转 换 器 （ 、 ＤＡＣ 以及 低 通 滤 波 器 （ Ｐ ） ） Ｌ Ｆ
等 。 目前使 用 最广 泛 的一 种 Ｄ Ｓ方 式 是 利用 高 速 存 Ｄ
储 器 作查 询表 ， 后 通 过 高 速 ＤＡＣ 产 生 已经 用 数 字 然
Ａｂ ｔａ ｔＴｏａ ｏｄ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｈｆ，ｒ ｄｔｏ ａ ｍｐ ｅ ｎ ａｉｎ ｍｅｈ ｄｏ ｌｃ ｉｇ ｓ ｐ ｒｓ ｉｇｊｍｍｉｇ ｓｒ ｃ ： ｖ ｉ ｅ ｅ ａｕ ｅｓ ｉ ｔａ ｉｉｎ ｌｉ ｌｍｅ ｔｔ ｔｏ ｆｂｏ ｋｎ ｕ ｐ ｅ ｓｎ ａ ｔ ｏ ｎ ｕ ｅｆ ｎ ｔ ｎ ｗａ ｅｓｇ ａ ｄ ｌｔ ＬＩ． ｔｗｈ ｎｔ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｗｅ ｐｊｍｍｉｇｓｇ ａ ｅｏ ｏ ，ｈ ｗ－ ｓ ｕ ｃｉ ｖ ｉｎ ｌ ｏ ｍｏ ｕａｅＰ Ｂｕ ｅ ｈ ｒｑ ｅ ｃ ｆｓ ｅ ａ ｎ ｉｎ ｌ ｃ ｍｅｌｗ ｔ ｅｌ ｂ ｏ
从式 （ ） 以看 出 ， ４可 由单频 调 的调频 波 的频谱 不是
调制 信号 的频 谱 的简单 搬移 ， 而是 由载 波 分 量 和无 数
DDS信号源使用
DDS信号源使用DDS（Direct Digital Synthesis）信号源是一种基于数字技术的信号发生器，通过数字方式产生连续的高精度模拟信号。
它采用数字频率合成技术，能够实现高精度的频率、相位和振幅调制，广泛应用于无线通信、测试仪器、声音合成等领域。
DDS信号源的工作原理是将一个钟相位控制器（NCO）与一个数字-模拟转换器（DAC）相结合。
首先，在NCO中设定一个时钟频率和一个相位累加器，根据设定的频率和相位，NCO产生一个数字方波信号。
然后，通过DAC将数字方波信号转换为模拟信号输出。
通过调节时钟频率和相位累加器的参数，可以灵活地生成各种频率、相位和振幅的信号。
1.高精度：DDS信号源通常采用32位或更高位的相位累加器，能够实现非常细小的频率和相位分辨率，能够生成高精度的信号。
2.快速切换：DDS信号源可以通过改变相位累加器的值来实现快速切换频率，不需要频率合成器的锁定时间，能够在微秒级别内实现频率的快速调整。
3.稳定性好：DDS信号源不受温度、电源和环境等因素的影响，频率稳定性高，可以满足对高稳定性的要求。
4.灵活性强：DDS信号源可以通过改变相位累加器的步进值和相位累加器的初始值，灵活地调整输出信号的频率、相位和振幅。
此外，还可以实现各种调制技术，如调频、调相和调幅等。
1.通信系统：DDS信号源可以用于无线通信系统中的信号发生和调制，如射频信号的发生、接收机本振的产生等。
它能够精确地生成所需频率的高稳定信号，提高无线通信系统的性能。
2.测试仪器：DDS信号源在测试仪器中被广泛应用，如频谱分析仪、示波器、网络分析仪等。
它可以生成各种信号形式，如正弦波、方波、三角波等，用于测试和分析。
3.声音合成：DDS信号源可用于声音合成器，通过调整频率和振幅可以合成各种音乐乐器的声音效果，广泛应用于音频合成领域。
4.雷达系统：DDS信号源可用于雷达系统中的信号发生和调制，如雷达的回波信号模拟、杂波抑制技术等。
基于DDS的S波段扫频源设计
ａ ｄ ａ ｉ ｉ ｎ ｌｗｉ ｉ ｈ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｒｔ ｎ ｏ ｐ ａ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ｇ ｌ ｓｇ ａ ｔ ｈ ｇ ｐ ｃ ｒ ｍ ｕ ｉ ａ ｄ ｌ ｗ ｈ ｓ ｏ ｓ ． ｅ ｈ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ｈ ｓ —ｏ ｋ ｄ ｌ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｐ ａ ｅ ｌ ｃ ｅ ｏ ｐ；ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｎ ｈ ｓｚ ｒ ｈ ｓ ｏ ｓ ｒ ｑ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅ ｉｅ ；ｐ ａ ｅ ｎ ｉｅ
框 图 如 图 １所 示 。
中， 即相 当于做 ２ 的模 余 运 算 ， 位 累 加器 平 均 相 每 ２ ／ 个 时钟 周期 溢 出一 次 。所 以输 出频 率 与 Ｋ 频率 控制 字 和时钟 频率 的关 系为。
０ 引 言
随着微 波 电子 技 术 的 发展 ， 对频 率 合 成 器 的
技 术 指标要 求越 来越 高 ， 特别是 对相 位 噪声 、 出 输 杂散 、 步进 的要 求 。因为 杂散 、 噪的好 坏 以及跳 相
ｓ ｃ ｆｃ ｔｏ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｗｅ ｒ ｑ ｎｃ ｙｎ ｈｅ ｉｅ ａ ｅ ｌｚ ｏｎ ｉ ｏ ｉ ａ ，ＬＦＭ ｐｅ ｉｉａ ｉ ｎｓ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｐｔｆ ｅ ｕｅ ｙ ｓ ｔ ｓ ｚ ｒ ｃ ｎ ｒ ａ ｉｅ ｃ ｔｎｕ ｕｓｓｇｎ ｌ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ａ ｄ ｋ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆ Ｓ ｂ ｎ ＬＬ＋ ＤＤＳ ｓｒ ｃ ： ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｒ ａ ｉ ｔ ｃ ｅ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ａ ｄ Ｐ ｚ ｏ
采用 Ｄ ＤＳ与 Ｐ Ｌ相 结合 的方 案 是 获 得 低 杂散 、 Ｌ
低 噪声 、 高捷 变 、 高分 辨率 的有效 技术 途径 。
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DDS信号源在扫频测试中的应用电子设计中经常碰到的问题是对待测电路(DUT)传输特性的测试，这里所说的传输特性包括增益和衰减、幅频特性、相位特性和时延特性等，而最常见的就是DUT的幅频特性。
最初，对于DUT的幅频特性的测试是在固定频率点上逐点进行。
这种测试方法繁琐、费时，且不直观，有时还会得出片面的结果。
例如，测量点之间的谐振现象和网络特性的突变点常常被漏掉。
DDS(DirectDigitalSynthesis)技术是1971年3月由美国学者J.TI erncy,C.M.Rader和B.Gold提出，这是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的全数字频率合成技术，原理框图如下：
图表 1DDS技术原理框图
DDS技术的出现使得我们对于幅频特性的测试变得异常简单。
我们只需要按照某种规律不断的配置“频率码K”，就能够得到一个频率随时间按照此规律在一定频率范围内扫动的信号，如此即可对DUT进行快速、定性或定量的动态测试。
因此，对DUT的调整、校准及故障排除提供了极大的便利。
北京普源精电(RIGOL)最新推出的DG5000系列函数/任意波形发生器采用了DDS直接数字合成技术，可生成稳定、精确、纯净和低失真的输出信号。
本文仅以DG5000为例来详细说明DDS信号源在扫频测试中的具体应用。
1.DG5000提供1uHz～250MHz的扫频范围；
2.扫频类型支持“线性扫频”、“对数扫频”和“步进扫频”；
3.扫频时间1ms～300s，同时支持“返回时间”、“起始保持”和“终止保持”的设置；
4.触发方式包括“自动触发”、“外部触发”和“手动触发”；
5.支持“标记频率”的设置，可以轻易表示出扫频信号任意点的频率值。
模拟滤波器频响测试
在近代通信设备和各类控制系统中，滤波器的应用极为广泛，滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
滤波器的分类有很多种，按频率通带可分为低通、高通、带通和带阻等等，滤波器产品和实现方案也是多种多样的，如下图所示：
图表2 滤波器产品和实现方案举例
了解各滤波器的频响曲线，对于电子设计者来说是至关重要的，这往往直接影响最终产品的性能。
下面以5阶低通滤波器为DUT来介绍DG5000的扫频功能在滤波器频响测试中的应用，具体测试平台如下：
图表3 滤波器频响测试
DG5000提供“线性扫频”和“对数扫频”两种扫频方式，“线性扫频”是指输出频率以恒定的“每秒若干赫兹”的方式改变，“对数扫频”是指输出频率以恒定的“每秒倍频程”的方式改变。
图表4 扫频频率变化趋势图
“对数扫频”适合宽频带的粗略扫描，“线性扫频”适合窄频带的精确扫频，如果用“线性扫频”对宽频带进行扫描，必然会造成低频段分辨率的丢失，从而无法得到正确的频响。
因此，对于宽频带的扫描，首先用“对数扫频”来缩小目标频带的范围，然后用“线性扫频”来确定精确的频响特性。
具体测试结果如下：
图表5 线性扫频与对数扫频的比较
通过示波器显示的扫频信号包络即为该滤波器的频响曲线。
此外，“标记频率”可以快速准确的标出扫频周期中任意点的频率值。
所以，通过手动调整“标记频率”，使得Mark 信号的下降沿至频响曲线的-3dB处，那么此时的标记频率值即为该滤波器的截止频率。
“标记频率”的测量方法在测量DUT的谐振点时同样适用。
图表 6DG5000扫频操作界面
高分辨率数字滤波器的频响测试
数字滤波器频率响应的研究是一个非常复杂的课题。
很多文章都只在研究稳态下的滤波器频响，而事实上，雷达和其它突发方式的信号都是具有瞬时特性的。
一般而言，频率分辨特性越好的滤波器，稳定下来所需要的时间也越长，这是因为频响曲线越是陡峭的滤波器，其需要的抽头就越多、冲激响应时间就越长。
例如频谱仪的分析滤波器，在稳态条件下有着很好的相邻信道抑制能力，而瞬态响应却非常糟糕，这也符合了滤波器冲激响应理论。
图表7 差频式频谱分析仪框图
DG5000的“步进扫频”正是针对瞬态响应较差的数字滤波器测试所设计的。
“步进扫频”能够将扫频频带分成若干个频点，扫频信号会在每个频点上停留等长的时间。
停留时间等于扫频时间除以分段数，用户可以根据滤波器的特性设定扫频时间和分段数。
图表8 步进扫频频率变化趋势图
如上图所示，“步进扫频”时的趋势图如同阶梯一样，每个阶梯的高度和长度皆可用户设置，所以，根据滤波器的特性，只要使得每个步进的停留时间能够大于滤波器由瞬态进入稳态的时间，就可准确测试出滤波器的频响特性。
此外，通过调整每个步进的停留时间，也可以测定滤波器达到稳态所需要的时间。
图表9 DG5000步进扫频界面
结语
DDS信号源应用于扫频测试技术中，这相对于传统的磁调制扫频振荡器、变容二极管扫频等技术有着得天独厚的优势，相信DDS信号源会更广泛的应用于扫频测试技术，同时也为工程师们带来更大的便利。