第9章 频率合成技术(1)直接与间接频率合成

相环路法与数字锁相环路法则是利用适当的降频电路将VCO
的频率降低，然后与参考频率在鉴相器中相比较。 模拟式与数字式的区别在于两者的降频方式不同： 前者 采用减法降频，后者采用除法降频。
图中f1与f2为两个石英晶体振荡器的频率（不相干），f1 可以从5.000～5.009MHz这10个频率中任选一个，f2可以从 6.00～6.09MHz这10个频率中任选一个。所选出的两个频率 在混频器中相加，通过带通滤波器取出合成频率。
缺点： 石英晶体多， 组合频率多， 带内互调分 量多。
9.2.2 相干式直接合成器
9.2.3 频率漂移抵消法(外差补偿法)
输出频率fi2的准确度仅取决于标准频率fom，而与可变 振荡器的频率误差△f无关。由于频率误差△f在两次变频过 程中被抵消，故称之为频率漂移抵消法，也可以叫做外差 补偿法。
• • • • 可变振荡器的频率误差在两次混频中相互抵消； 改变可变振荡器频率，可以得到不同的输出频率（各标准频率源）； 对于不同的输出频率，带通滤波器的通道不变； 实际电路是较为复杂，需要多个环路实现。
9.3 直接数字频率合成法（DDS）
它突破了模拟频率合成法的原理，从“相位”的概率出 发进行频率合成。不仅可得到不同频率，不同相位的正弦波，
而且还可得到任意波形的信号。
9.3.1 直接数字基本原理
实际上，可以将要输出的波 形数据（如正弦函数表）预先存 在ROM或RAM）中，（然后在系统标准时钟（CLK）频率下， 按照一定的顺序从ROM（或RAM）单元中读出数据，再进行 D/A转换，就可以得到一定频率的输出波形。
频率合成器是利用一个(或几个)晶体振荡器产生一系列 (或若干个)标准频率信号的装备。
频率合成的方法，基本上可归纳为直接合成法与间接合 成法两大类。
（1）工作频率范围 频率合成器最高与最低输出频率所确定的频率范围，称为 频率合成器的工作频率范围。
（2）频率间隔 每个离散频率（或信道）之间的最小间隔称为频率间隔。 又称分辨力。多取100Hz，也有取10Hz、1Hz和0.1Hz。 （3）频率转换时间 由一个工作频率转换到另一个工作频率并使后者达到稳定 工作所需的时间。取决于采用的合成方法。
图中的10个等差数频率（27～36MHz,间隔0.1MHz）是 由石英晶体振荡器通过谐波发生器产生的多个频率。 由于 这些频率都是同一来源，故为相干式。所需的输出频率可以 通过对这10个等差数列频率的选择，进行逐次混频、滤波、 与分频的方式来获得。
若要得到3.4509MHz, 只要将开关DCBA分别 置于4、5、0、9的连 线上。
9.3.2 信号的频率关系
设控制时钟频率为fc,ROM地址码的位数为n(一个正弦波中有2n 个样值)，K为累加值K=Kmin=1（依次取数），则输出频率fo为： fo=Kminx fc/2n 故最低输出频率为fmin为： fomin=fc/2n (1/T=1/2nTc,信号一个周期有2n个取样周期) 当K=Kmax=2n-2时，输出频率为： fo=Kmaxx fc/2n (信号一个周期有KMAX/2n个取样周期) 故最高输出频率fmax为： fomax=2n-2 x fc/2n=fc/4 在DDS中，输出频率点是离散的，当频率最高和最低已经 设定时，其间可输出的频率个数M为 M=foma x /fomin=2n-2
9.4 间接频率合成法(锁相环路法)
在第八章中，锁相环路的鉴相器中进行相位比较的两个
频率应该是相等的。但通常参考频率是固定的。为了使这两
者的频率在鉴相器处相等，以便比较它们的相位，大致有以 下几种方法：脉冲控制锁相法、模拟锁相环路法和数字锁相
环路法。
脉冲控制锁相法是利用参考晶振频率的某次谐波（通过脉 冲形成电路来获得）与VCO频率在鉴相器中相比较；模拟锁
频率分辨率： 两个相邻频率f1和f2的间隔，即为频率分辨率。
f1=K fc/2n f2=(K+1)fc/2n 则，频率分辨率△f为 △f=f2-f1 =(K+1)fc/2n - Kfc/2n = fc/2n 若
9.3.3 噪声分析 在DDS中，噪声有二种： （1）量化噪声 即相位和幅度量化噪声。 每个量化值都是近似值，所以，在量化过程都存在量化误 差，即为量化噪声。 （2）另一种是数模转换器产生的阶梯波中的杂散频率通过非 理想低通滤波器而带来的噪声。随频率的增加而加大。
（5）频谱纯度
谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度。可以用输出端 的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。
有用信号频率成分；
各寄生信号频率成分：有用信号的各次谐波成分ຫໍສະໝຸດ Baidu 存在各种周期性干扰（混频器的高次组合频率）； 随机干扰（相位噪声）。
9.2.1 非相干式直接合成器
9.2 直接频率合成法
9.1 频率合成器的主要技术指标
• 石英晶振频率稳定度和准确度很高，但改换频率不方便； • LC振荡器改换频率方便，但不如石英晶振精准； • 频率合成器是将二者结合起来，得到精准的一系列频率。 分类： 非相干式
模拟合成相干式 频率漂移抵销法 直接频率合成器 数字合成（DDS ） 频率合成器 脉冲控制所想法 间接频率合成器间接合成制减法降频 间接合成制除法降频（PPL法）
（4）频率稳定度与准确度 频率稳定度是指在规定观测时间内，合成器输出频率偏离 标称值的程度。一般用该偏离值与输出频率的相对值来表 示。准确度则表示实际工作频率与其标称值之间的偏差， 又称频率误差。事实上，稳定度与准确度有着密切的关系， 因为只有频率稳定度高，频率准确度才有意义。分长期、短 期、瞬间三种稳定度。
第9 章 频率合成技术
9.1 9.2 频率合成器的主要指标 直接模拟频率合成法
9.2.1 非相干式直接合成器 9.2.2 相干式直接合成器
9.2.3 频率漂移抵消法
9.3 直接数字频率合成法
9.3.1 直接数字合成基本原理 9.3.1 信号的频率分析
9.3.1 噪声分析
9.2.1 直接数字合成信号源实例