武志敏

摘 要：DDS+PLL是目前頻率合成技術(shù)的常用組合方式之一。首先就DDS+PLL的幾種常用合成方式的特點(diǎn)進(jìn)行了簡單介紹，然后重點(diǎn)利用DDS激勵(lì)PLL的方式，實(shí)現(xiàn)了一種低雜散低相噪的頻率合成器的設(shè)計(jì)。在自己的工作中證明了該方案的可實(shí)現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：DDS；PLL；低雜散；低相位噪聲；頻率合成器

中圖分類號(hào)：TN97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.120

文章編號(hào)：2095-6835（2016）11-0120-02

現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展迅猛，使得電子對(duì)抗領(lǐng)域?qū)︻l率源的準(zhǔn)確度、換頻時(shí)間以及雜散相位噪聲等技術(shù)指標(biāo)的要求越來越高。一般我們經(jīng)常使用DDS+PLL的方法來實(shí)現(xiàn)高頻率、小步進(jìn)、低相噪的頻率合成器設(shè)計(jì)。以下是對(duì)DDS+PLL的常見組合方式作一簡介。

1 DDS+PLL的頻率合成方式

1.1 DDS內(nèi)插于PLL

這種方式是把DDS看作分頻器插入PLL。正是因?yàn)镈DS的頻率的分辨率是非常高的，因而可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶、小步進(jìn)頻率的合成。但是因?yàn)镈DS還可實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻，所以會(huì)有部分頻段出現(xiàn)雜散現(xiàn)象。

1.2 DDS倍頻于PLL

此種方式是將DDS作為PLL倍頻的參考信號(hào)，PLL就成了N倍頻環(huán)。此方式的優(yōu)點(diǎn)是：電路設(shè)計(jì)簡單，可以得到較高的頻率輸出。因而適合應(yīng)用在相對(duì)雜散、指標(biāo)要求不是很高的分機(jī)以及系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是：因?yàn)镻LL用于直接倍頻，所以在環(huán)路噪聲帶寬內(nèi)的輸出信號(hào)，相位噪聲以及雜散指標(biāo)，都將惡化20 dB。

1.3 DDS和PLL直接混頻

此方式是將PLL信號(hào)作為本振信號(hào)，將DDS信號(hào)做上變頻、混頻后，再通過一級(jí)帶通濾波器將信號(hào)輸出。因DDS信號(hào)是沒有經(jīng)過倍頻的，對(duì)最終信號(hào)的相噪也就幾乎沒有影響。同時(shí)，如果PLL信號(hào)的相噪表現(xiàn)比較好，那么最終輸出信號(hào)的相噪指標(biāo)就會(huì)比較好。然而，此方式中的雜散指標(biāo)主要是依靠最后的那級(jí)帶通濾波器作為保障，這就增加了帶通濾波器的設(shè)計(jì)難度。此方式的優(yōu)勢(shì)是：工作頻率范圍窄，換頻時(shí)間較快，相位噪聲指標(biāo)很高。

1.4 DDS激勵(lì)于PLL

綜合上面三種頻率合成方式的理論分析以及在工作中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以上三種方案進(jìn)行改進(jìn)，采用DDS激勵(lì)PLL的混頻環(huán)方案。這種混頻合成框圖，它是由DDS、混頻鎖相環(huán)、時(shí)鐘鎖相環(huán)三部分組合而成?？驁D中的時(shí)鐘鎖相環(huán)不但可以作為DDS的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘，而且可以作為混頻鎖相環(huán)的混頻器輸入信號(hào)。具體情況如圖1所示。

2 DDS+PLL頻率合成器設(shè)計(jì)

2.1 雜散指標(biāo)分析

2.1.1 DDS雜散

DDS雜散的一部分是由幅度、相位截?cái)嗾`差引起的DAC非線性引起，一部分是由DAC非線性引起。從雜散指標(biāo)來分析，PLL的環(huán)路帶寬越窄越好。因?yàn)槿绻h(huán)路帶寬窄，雜散就不易落于環(huán)路帶寬之內(nèi)，輸出頻譜就干凈。

2.1.2 組合雜散

頻率合成中有很多雜散，比如在電路設(shè)計(jì)中所使用的線性及非線性器件，有源及無源器件均會(huì)產(chǎn)生雜散。其中，DDS和時(shí)鐘信號(hào)之間的組合是雜散的主要來源。為了滿足90dB的雜散指標(biāo)要求，最終以時(shí)鐘在700 MHz與800 MHz兩點(diǎn)之間切換。DDS頻率同時(shí)做改動(dòng)，當(dāng)信號(hào)輸出頻率為571.429 MHz時(shí)，則設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)為700 MHz。另外，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為700 MHz時(shí)，在環(huán)路帶寬內(nèi)雜散點(diǎn)還有571.053 MHz。也就是說，這個(gè)頻點(diǎn)DDS諧波同時(shí)鐘諧波的組合次數(shù)為45.通過推算，該點(diǎn)雜散指標(biāo)能滿足要求。

2.2 相位噪聲的指標(biāo)分析

混頻倍頻分頻是指頻率的加減乘除?；祛l倍頻分頻均能改變最初信號(hào)的相位噪聲。就相位噪聲的指標(biāo)而言，混頻即為和運(yùn)算，而倍頻則將惡化20l dB，分頻則會(huì)優(yōu)化20 dB。下面對(duì)影響輸出相位噪聲的三方面進(jìn)行討論。

2.2.1 DDS輸出相噪

DDS可以看作一個(gè)分頻器件，在理論上，它的輸出信號(hào)相位噪聲會(huì)優(yōu)化20 dB，但實(shí)際上，因?yàn)镈DS期間內(nèi)部的各種原因，使DDS輸出的相位噪聲與理論計(jì)算輸出不太一致。該方案中，DDS片子選用AD公司的AD9910，其參考輸入信號(hào)最高可以到1GHz，輸出信號(hào)可以到400 MHz。根據(jù)相關(guān)資料計(jì)算得出，輸出信號(hào)在232 MHz@±10 kHz處，相位噪聲則為：-127+20lg3.5+2≈-135（dBc/Hz）。

2.2.2 時(shí)鐘環(huán)輸出相噪

該方案中參考源選用100 MHz的超高頻率精度超低相噪晶振，所以，在計(jì)算中可以忽略參考源相位噪聲的惡化。這里將時(shí)鐘選取為800 MHz，該處的相位噪聲為：-147+20lg8+2≈-127（dBc/Hz）。我們將此時(shí)鐘環(huán)路的帶寬選取得寬一些，這時(shí)@±100 kHz處和@±10 kHz處的相位噪聲基本一樣。

2.2.3 混頻環(huán)相噪

若混頻環(huán)的鑒相倍頻次數(shù)為：N=1，則在227～232 MHz頻率下鑒相?；祛l環(huán)輸出在±10 kHz處，其相位噪聲則為：-140+20lgN=-140+0=-140（dBc/Hz）。總結(jié)以上，該方案輸出568～573MHz信號(hào)的相位噪聲@±10 kHz和@±100 kHz時(shí)理論值可達(dá)到-127（dBc/Hz）。

3 最終測(cè)試結(jié)果

用Agilent公司N9030頻譜分析儀測(cè)試該合成器全頻段范圍內(nèi)的相位噪聲分別為：-125dBc/Hz@10 kHz；-123dBc/Hz@100 kHz。雜散指標(biāo)在全頻段范圍內(nèi)都能夠滿足90 dB的要求。相位噪聲測(cè)試情況如圖2所示。

4 總結(jié)

通過理論分析和試驗(yàn)結(jié)果得出，這種低相噪低雜散的頻率合成器通過DDS激勵(lì)PLL方式來實(shí)現(xiàn)，滿足了實(shí)際工作中工程上的需求。在研發(fā)中對(duì)相位噪聲分析，對(duì)有雜散的頻點(diǎn)避開，對(duì)將來頻率合成器的理論分析和研制具備了很大的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：胡雪飛〕