直接数字频率合成器原理
第2章频率合成器的工作原理与主要部件
§2-3 压控振荡器
§2-3 压控振荡器
一.对于压控振荡器,一般应该考虑如下的要求:
Vm
2
(
e )
Vm
2
(3
e )
§2-2-1 门鉴相器-----与非门
由此,可以画出与非门鉴相器的
vd (t) ~e 关系图
Kd
Vm
2
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
Vd VRVV
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
从图中可以看出,异或门输出的波形为输入波形周期的一半
二.电流型鉴频鉴相器
C1,C2和R构成积 分滤波网络.
场效应管BG3为源 极输出器,误差电 压从源极输出,加 到压控振荡器上去 控制VCO频率的 变化.
二.电流型鉴频V 鉴A(j相)器I0(j)Z(j)
数字比相器对两个输入信号进行比相,比相后电流开关 在A点产生充电或放电电流I(t).
I(t)的宽度反映了两个输入信号的相位差值. I(t)的极性反映了两个输入信号的相位差的正或负值.
有比相作用,而脉冲上升沿不影响输出电 平.即对输入脉冲的宽度无一定要求. (2)由与非门2,3和4,5组成的两个RS触 发器具有记忆正负相位差的作用,它是此 比相器的关键部件.而与非门8具有比相 后的复原作用.
一.电压型鉴频鉴相器
2.恒压泵电路(书P56)
一.电压型鉴频鉴相器
3.鉴频原理 当输入信号基准信号和比较信号的相位
一文看懂频率合成原理与特点
一文看懂频率合成原理与特点频率合成（Frequeney Synthesis）是指以一个或数个参考频率为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点的过程。
本文主要介绍频率合成原理与特点，首先介绍了频率合成的分类，其次介绍了频率合成的特点，最后我们以直接数字频率合成来介绍原理，具体的跟随小编一起来了解一下。
频率合成的分类1、直接频率合成用混频器、倍频器和分频器实现频率间的加、减、乘、除来产生新频率，并靠滤波器选择使信号纯净。
图1是直接合成式频率合成器的原理图，用插入除10的分频器来获得十进位。
当开关S1、S2都在1位时，频率合成器输出频率为频率合成当开关S1、S2都在10位时，频率合成器输出频率为由此可知，频率合成器的输出频段为0～9.9fr。
fR是参考源频率，n1、n2、m根据电路实现的可能和有利情况来选择。
直接合成的分辨率高，转换时间短，频段宽，相位噪声小，但设备大而且复杂，成本高。
全数字化的直接合成利用计算机技术，其分辨率高，转换速度可小到1纳秒，但最高频率仅为参考源频率的四分之一，而且还与所采用器件的转换速度有关。
2、间接频率合成用锁相环迫使压控振荡器（VCO）的频率锁定在高稳定的参考频率上，从而获得多个稳定频率，故又称锁相式频率合成。
图2是数字锁相式频率合成器的基本形式，它由压控振荡器、鉴相器、可变分频器和环路滤波器组成。
压控振荡器的输出信号经可变分频器分频后在鉴相器内与参考信号比相。
当压控振荡器发生频率漂移时，鉴相器输出的控制电压也随之变化，从而使压控振荡器频率始终锁定在N倍的参考频率上。
锁定条件为因得从上式可以看出，改变可变分频器的分频比n，便可改变频率合成器的输出频率。
在实用中为了提高分辨率，间接式频率合成器常采用多个锁相环的形式。
间接频率合成器的体积小、成。
直接数字频率合成芯片-概述说明以及解释
直接数字频率合成芯片-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在概述部分，我们将介绍直接数字频率合成芯片的基本概念和作用。
直接数字频率合成芯片（Direct Digital Frequency Synthesizer，DDS）是一种用于产生不同频率信号的集成电路。
基于数字信号处理技术，DDS 芯片可以精确地生成各种频率和相位的信号。
相较于传统的模拟频率合成方法，DDS芯片具有更高的稳定性、精度和灵活性。
DDS芯片的工作原理基于数学算法和数字信号处理技术。
通过将数字信息转换为模拟信号输出，DDS芯片可以产生具有精确频率和相位的信号波形。
其核心部件包括相位积累器、数字控制振荡器和数模转换器。
相位积累器负责积累相位信息，数字控制振荡器则通过控制相位积累器的速率来实现不同频率信号的生成。
最后，数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
直接数字频率合成芯片具有广泛的应用领域。
在通信系统中，DDS芯片被广泛应用于频率合成器、频率调制器、信号发生器等设备中。
其高精度和频率可调性使其成为无线通信、雷达、医学成像以及科学研究等领域的重要组成部分。
此外，DDS芯片还可以用于频率跟踪和频率锁定的系统中，提供更好的稳定性和精度。
总而言之，直接数字频率合成芯片通过数字信号处理技术实现高稳定性、精确性和灵活性的频率合成。
它在通信系统、科学研究和医学成像等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，我们可以期待直接数字频率合成芯片在未来的发展中发挥更重要的作用。
1.2 文章结构本文的结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将概述直接数字频率合成芯片，解释其基本原理和应用领域，并阐述本文的目的。
接着，在正文部分，首先我们将详细介绍直接数字频率合成芯片的原理，包括其工作原理、数字信号处理流程以及关键技术。
其次，我们将探讨直接数字频率合成芯片的应用领域，包括通信、雷达、电子音乐等方面，并论述其在各个领域中的优势和局限性。
最后，在结论部分，我们将总结直接数字频率合成芯片的优势，包括其高精度、灵活性强以及节省硬件开销等方面，并展望其未来的发展方向，包括对数字信号处理算法的优化、功耗降低以及更广泛的应用领域等方面的潜力。
直接数字频率合成器(DDS)总结
直接数字频率合成器（直接数字频率合成器（DDS DDS DDS）总结）总结知识收集2008-07-2113:45:46阅读128评论0字号：大中小订阅直接合成法是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，从这一系列的谐波中取出两个或两个以上的频率进行组合，得出这些频率的和或差，经过适当方式处理（如经过滤波）后，获得所需要的频率。
DDS 是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer ）的英文缩写。
直接数字式频率合成器（DDS ）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，由相位累加器、波形ROM 、D/A 转换器和低通滤波器构成。
时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM 的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM 的数据位字长和D/A 转换器位数。
结构框图如图2-1所示。
先分部分介绍其结构，后面会讲到总体原理。
相位增量（Phase Increment ）M ，也称为频率控制字，单纯的无单位（不代表弧度或者角度）无符号数。
相位累加器（Phase Accumulator ）由一个无符号数的加法器和一个寄存器构成，一个时钟周期完成一次加法运算。
量化器（Quantizer ）完成很简单的功能。
将较高精度，较大位宽的输入，丢弃低比特位，得到较低精度，较小位宽的输出，直接用作后面查找表的地址。
正余弦查找表（Sine/Cosine Lookup Table）存放正余弦数值。
DDS的工作原理：DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形[2]。
由于，（2-1）其中Δθ为一个采样间隔ΔT之间的相位增量，采样周期，即：（2-2）控制Δθ就可以控制不同的频率输出。
Δθ是由频率控制字M控制的，即：（2-3）所以改变M就可以得到不同的输出频率。
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器1. 什么叫DDS直接数字式频率器DDS（Direct Digital Synthesizer），实际上是⼀种分频器：通过编程频率控制字来分频系统（SYSM CLOCK）以产⽣所需要的频率。
DDS 有两个突出的特点，⼀⽅⾯，DDS⼯作在数字域，⼀旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率⾼；另⼀⽅⾯，由于频率控制字的宽度宽（48bit 或者更⾼），频率分辨率⾼。
2. DDS⼯作原理图1 是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，相位幅度转换，（）。
图 1，DDS的结构（1）相位累加器⼀个正弦波，虽然它的幅度不是线性的，但是它的相位却是线性增加的。
DDS 正是利⽤了这⼀特点来产⽣正弦信号。
如图 2，根据DDS 的频率控制字的位数N，把360° 平均分成了2的N次等份。
图2，相位累加器原理假设系统时钟为Fc，输出频率为Fout。
每次转动⼀个⾓度360°/2N，则可以产⽣⼀个频率为Fc/2N的正弦波的相位递增量。
那么只要选择恰当的频率控制字M，使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率Fout，Fout = Fc*M / 2N。
（2）相位幅度转换通过相位累加器，我们已经得到了合成Fout 频率所对应的相位信息，然后相位幅度转换器把0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。
⽐如当DDS 选择为2V p-p 的输出时，45°对应的幅度值为0.707V，这个数值以⼆进制的形式被送⼊DAC。
这个相位到幅度的转换是通过查表完成的。
（3）DAC输出代表幅度的⼆进制数字信号被送⼊DAC 中，并转换成为模拟信号输出。
注意DAC 的位数并不影响输出频率的分辨率。
输出频率的分辨率是由频率控制字的位数决定的。
直接数字式频率合成技术（DDS）是⼀种先进的全数字频率合成技术，它具有多种数字式调制能⼒（如相位调制、频率调制、幅度调制以及I/Q正交调制等），在通信、导航、雷达、电⼦战等领域获得了⼴泛的应⽤。
直接数字频率合成器(DDS PLL).
频率为
f out
fc M N 2
0 M 2N 1
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 ( f out 2 N ) f c
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分辨率一器的分辨率，DDS的最小分辨率为
f min
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
f 0 max
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。
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
VCO--用电压(流)控制振荡频率
改变C
改变R
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
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。 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。
直接数字频率合成技术DDS
幅
位
度
码
码
数模变换器 DAC
时 钟
低通滤波器 LPF 输出
图3-11 相位/幅度变换装置
假设DAC的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输 入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表3-1所示。
二进制幅度码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
表 3-1
十进制幅度 二进制幅度码
0.1875
0 +1.1875
续表 3 - 4
8 1000 17π/16 -0.1951 0011 0.1875 1 9 1001 19π/16 - 0.5556 1001 0.5625 1 10 1010 21π/16 - 0.8316 1101 0.8125 1 11 1011 23π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 12 1100 25π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 13 1101 27π/16 -0.8316 1101 0.8125 1 14 1110 29π/16 -0.5556 1001 0.5625 1 15 1111 31π/16 -0.1951 0011 0.8175 1
② 将模2π的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度， 这里幅度可先用代码表示，这可以用一只读存储器ROM来 存储一个正弦函数表的幅值代码；
③ 用幅度代码变换成模拟电压，这可由数模变换器 DAC来完成；
④ 相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间 内是保持的，最终从DAC输出的电压是经保持的阶梯波。
2. 相位与幅度的变换
累加器输出的相位码，需先经过一个相位码/幅度码变换 装置之后，再经数/模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波 器才能得到所需的模拟电压。
直接数字频率合成器(DDS)原理分析
直接数字频率合成器（DDS）原理分析直接数字频率合成器DDS（Direct Digital Frequncy Synthesizer）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。
其组成包括相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF），原理框图如图1所示。
以正弦波形合成为例，DDS合成频率的具体流程描述如下。
相位累加器由N位加法器与N位寄存器级联组成。
在时钟脉冲fc控制下，加法器将频率控制字K与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端。
寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的相位数据反馈到加法器的输入端；使加法器在下一时钟作用下继续与频率控制字进行相加。
这样相位累加器在时钟的作用下，进行相位的累加。
当相位累加器累加满时就会产生溢出，完成一个周期的动作。
通过改变相位控制字P可以控制输出信号的相位参数。
令相位加法器的字长为N，当相位控制字由0跃变到不为零的P时，波形存储器（ROM）的输入为相位累加器的输出与相位控制字P之和，所以输出的幅度编码相位增加。
波形的改变是通过改变W波形控制字实现的。
由于ROM中不同波形分块存储，所以当W改变时，ROM输入端为相移后的地址与W之和。
经过K、P、W设置后的相位累加器输出的数据作为ROM的取样地址，进行波形的相位—幅值转换，即可在给定时间上确定输出波形的抽样幅值。
N位的寻址ROM相当于把0o～360o的正弦波信号离散成具有2N个样值的序列，若波形ROM有D位数据位，则2N个取样点的幅值以D位二进制数值固化于ROM 中，按照地址的不同可以输出相应相位的正弦信号幅值。
幅度控制字能够控制ROM输出的正弦信号幅值的变化，乘法器（除法器）在DDS电路中相单于将每一个幅值量化值增大（缩小）了A倍。
由上面分析可以看出，DDS输出方程可表示为，f0为输出频率，fc为时钟频率。
当K=1时，DDS输出最低频率（即频率分辨率）为，而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，即fc/2，也就是说K的理论最大值为2N-1。
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直接数字频率合成器原理
直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer，简称DDFS）是一种用于产生高精度、稳定的频率信号的电子设备。
它通过数字电路实现频率的直接合成，可以产生任意频率的信号，并且具有快速调谐、高精度以及低相位噪声等优点。
本文将介绍DDFS的工作原理及其在实际应用中的重要性。
一、工作原理
DDFS的核心组成部分是相位累加器（Phase Accumulator）、频率控制字（Frequency Control Word）和查表器（Look-up Table）。
相位累加器通过不断累加频率控制字的值，从而产生一个随时间线性增加的相位值。
查表器中存储了正弦波的采样值，通过查表器可以根据相位值得到对应的正弦波样本。
最后，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
具体来说，DDFS的工作原理如下：
1. 频率控制字：频率控制字是一个二进制数，用于控制相位累加器的累加速度。
频率控制字的大小决定了相位累加器每个时钟周期累加的值，从而决定了输出信号的频率。
2. 相位累加器：相位累加器是一个寄存器，用于存储当前的相位值。
相位累加器的值会在每个时钟周期根据频率控制字的大小进行累加。
相位累加器的位数决定了相位的分辨率，位数越多，相位分辨率越
高，输出信号的频率分辨率也越高。
3. 查表器：查表器中存储了一个周期内的正弦波样本值（或余弦波样本值），通过查表器可以根据相位累加器的值得到对应的正弦波样本值。
4. 数模转换器：数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
通常使用的是高速数模转换器，能够将数字信号以高速率转换为模拟信号输出。
二、应用领域
DDFS在许多领域中都有广泛的应用，其中包括通信、雷达、测量、音频处理等。
1. 通信领域：在通信系统中，DDFS被广泛应用于频率合成器、频率调制器和频率解调器等模块中。
通过DDFS可以快速、精确地合成所需的信号频率，实现高速数据传输和频谱分析等功能。
2. 雷达领域：雷达系统中需要产生一系列不同频率的信号，用于探测目标并提取信息。
DDFS可以根据需要产生不同频率的连续波（Continuous Wave，简称CW），实现雷达的发射和接收功能。
3. 测量领域：在测量系统中，需要产生稳定、精确的时钟信号和频率信号。
DDFS可以产生高精度的时钟信号和频率信号，用于测量、校准和频谱分析等应用。
4. 音频处理领域：在音频处理系统中，需要对音频信号进行调频、混音、合成等操作。
DDFS可以实现快速调谐和频率合成，实现音
频信号的处理和合成。
三、优势和局限性
DDFS相比传统的频率合成器具有以下优势：
1. 高精度：DDFS可以实现很高的频率和相位分辨率，输出信号的频率和相位可以达到亚赫兹甚至更高的精度。
2. 快速调谐：DDFS可以通过改变频率控制字的值实现快速调谐，对于需要频繁变换频率的应用非常有优势。
3. 低相位噪声：DDFS在相位累加过程中没有任何模拟电路，相位累加器和查表器之间没有任何模拟电路的干扰，因此可以实现低相位噪声的输出。
然而，DDFS也存在一些局限性：
1. 高功耗：由于DDFS需要进行大量的数字计算和查表操作，因此功耗较高。
2. 高成本：DDFS的设计和制造成本较高，特别是高精度和高速率的DDFS。
3. 数字误差：DDFS的输出信号是通过查表器得到的离散样本值，存在着数字误差。
虽然可以通过增加查表器的采样点数来减小误差，但会增加存储器的容量和计算复杂度。
四、总结
直接数字频率合成器（DDFS）是一种通过数字电路实现频率直接合
成的设备，具有快速调谐、高精度和低相位噪声等优势。
在通信、雷达、测量和音频处理等领域都有广泛应用。
然而，DDFS也存在一些局限性，如高功耗和高成本。
随着技术的不断进步，DDFS将会进一步发展和完善，为各个领域的应用提供更好的性能和功能。