頻率合成技術(shù)的發(fā)展過程

頻率合成技術(shù)的理論起源于二十世紀(jì)30年代左右，至今己有八十多年的歷史。早期的頻綜是由一組晶振組成，需要多少個輸出頻點(diǎn)，由晶體的數(shù)目所決定。需要由人工來實(shí)現(xiàn)頻率切換，主要由晶體來決定頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，很少與電路有關(guān)。現(xiàn)在這種頻率合成方式已經(jīng)被非相干合成的方法所取代，盡管非相干合成同樣使用了晶體，但其工作方式是由少量晶體來產(chǎn)生多種頻率的。對比早期的頻率合成方式，非相干合成器不僅降低了成本，而且提高了所合成頻率的穩(wěn)定性。但是研制這種由幾塊晶體所構(gòu)成的晶振是一個非常復(fù)雜的過程，而且成本較高。因此隨著頻率合成技術(shù)的發(fā)展，相干合成法也就被科學(xué)家提了出來。

最初的相干合成法主要是直接頻率合成（Direct Frequency Synthesis簡稱DFS）。此合成方法是利用倍頻、分頻、混頻的方法對一個或幾個參考源頻率經(jīng)過加、減、乘、除運(yùn)算直接產(chǎn)生所需要頻率的方法。這種方法由于頻率轉(zhuǎn)化時間短，相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因此在頻率合成領(lǐng)域也占有一定的地位，但由于所生成的頻率是采用大量的倍頻、分頻、混頻所得，使得直接式頻率合成器體積大、雜散多且難于抑制、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本及功耗高，故該DFS己基本被淘汰。

在DFS之后出現(xiàn)了間接頻率合成（Indirect Frequency Synthesis）。間接頻率合成主要是指鎖相環(huán)PLL（Phase-Locked Loop）頻率合成。此合成方法是把相位反饋和鎖相技術(shù)用于頻率合成中，這種合成方法具有輸出頻率高、相位噪聲低、抑制雜散好、成本低和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，因此在頻率合成領(lǐng)域占有一席之地。但是傳統(tǒng)PLL的頻率合成器由于采用閉環(huán)控制，因此輸出頻率改變后，要想重新達(dá)到穩(wěn)定則所需的時間較長。所以PLL頻率合成器同時做到較高的頻率分辨率和較快的頻率切換時間是很困難的。

頻率合成技術(shù)簡介

頻率合成技術(shù)是電子對抗與電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)都直接依賴于所用頻率合成器的性能，頻率合成器的性能好壞直接影響雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、空間電子設(shè)備及儀器、儀表等現(xiàn)代設(shè)備的性能。

頻率合成技術(shù)有哪些

1、直接數(shù)字式頻率技術(shù)，即DDS技術(shù)。

2、鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，即PLL。

3、DDS+PLL技術(shù)。

頻率合成技術(shù)指標(biāo)

頻率合成技術(shù)有各種技術(shù)指標(biāo)，而其技術(shù)指標(biāo)反映了頻率合成技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，下面就對若干基本的技術(shù)指標(biāo)加以介紹。

（l）頻率范圍。頻率合成器輸出的最大合成頻率fmax和最小合成頻率fmin決定了頻率范圍，通常可用相對帶寬來衡量頻率范圍。

（2）分辨率。頻率合成輸出的兩離散頻率點(diǎn)之間的最小間隔，即為輸出頻率的分辨率，不同場合的需要對頻率分辨率的要求也不同。

（3）切換時間。是指從一個頻率切換到另一個頻率達(dá)到穩(wěn)定時，并且在其有效的相位誤差范圍內(nèi)所需要的時間，切換時間與頻率合成器的電路形式密切相關(guān)。

（4）頻譜純度。是指輸出信號頻譜的純凈程度，通常以信號的相位噪聲和雜散分量來衡量頻譜純度。

（5）頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度。頻率穩(wěn)定度是指輸出頻率在規(guī)定的時間內(nèi)與標(biāo)稱值間的偏差程度，由偏差程度可分為長期、短期和瞬時穩(wěn)定度。頻率準(zhǔn)確度是指實(shí)際頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的誤差。頻率的穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度密切相關(guān)的，因?yàn)橹挥性陬l率穩(wěn)定度足夠高的前提下，其相應(yīng)的頻率準(zhǔn)確度才有實(shí)際意義。

頻率合成技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

（1） 頻率切換速度快；

（2） 極高的頻率分辨率；

（3） 頻率切換時保持相位的連續(xù)性；

（4） 相對帶寬很寬；

（5） 全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)便于單片集成。

主要缺點(diǎn)是工作頻率受到限制，相噪及雜散相對較高。

頻率合成技術(shù)的應(yīng)用盤點(diǎn)

1、實(shí)時模擬仿真的高精密信號

在DDS 的波形存儲器中存入正弦波形及方波、三角波、鋸齒波等大量非正弦波形數(shù)據(jù)，然后通過手控或用計(jì)算機(jī)編程對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，就可以任意改變輸出信號的波形。利用DDS具有的快速頻率轉(zhuǎn)換、連續(xù)相位變換、精確的細(xì)調(diào)步進(jìn)的特點(diǎn)，將其與簡單電路相結(jié)合就構(gòu)成精確模擬仿真各種信號的的最佳方式和手段。這是其它頻率合成方法不能與之相比的。例如它可以模擬各種各樣的神經(jīng)脈沖之類的波形，重現(xiàn)由數(shù)字存儲示波器（DSO） 捕獲的波形。

2、實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜方式的信號調(diào)制

DDS 也是一種理想的調(diào)制器，因?yàn)楹铣尚盘柕娜齻€參量： 頻率、相位和幅度均可由數(shù)字信號精確控制，因此DDS 可以通過預(yù)置相位累加器的初始值來精確地控制合成信號的相位，從而達(dá)到調(diào)制的目的。

現(xiàn)代通信技術(shù)中調(diào)制方式越來越多，BPSK， QPSK， MSK 都需要對載波進(jìn)行精確的相位控制。而DDS 的合成信號的相位精度由相位累加器的位數(shù)決定。一個32 位的相位累加器可產(chǎn)生43 億個離散的相位電平， 而相位精度可控制在8X10一3 度的范圍內(nèi)，因此， 在轉(zhuǎn)換頻率時，只要通過預(yù)置相位累加器的初始值，即可精確地控制合成信號的相位，很容易實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制方式。

3、實(shí)現(xiàn)頻率精調(diào)，作為理想的頻率源

DDS 能有效地實(shí)現(xiàn)頻率精調(diào)，它可以在許多鎖相環(huán)（PLL） 設(shè)計(jì)中代替多重環(huán)路。在一個PLL 中保持適當(dāng)?shù)姆诸l比關(guān)系，可以將DDS的高頻率分辨率及快速轉(zhuǎn)換時間特性與鎖相環(huán)路的輸出頻率高、寄生噪聲和雜波低的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)更為理想的DDS+PLL 混合式頻率合成技術(shù)。

在頻率粗調(diào)時用PLL 來覆蓋所需工作頻段，選擇適當(dāng)?shù)姆诸l比可獲得較高的相位噪聲，而DDS 被用來覆蓋那些粗調(diào)增量，在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率精調(diào)。這種方案以其優(yōu)越的相位穩(wěn)定性和極低的顫噪效應(yīng)滿足了各種系統(tǒng)對頻率源苛刻的技術(shù)要求。這也是目前開發(fā)應(yīng)用DDS技術(shù)最廣泛的一種方法。采用這種方案組成的頻率合成器已在很高的頻率上得以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，DDS 的應(yīng)用不僅限于這些，它還可用于核磁諧振頻譜學(xué)及其成像、檢測儀表等。 隨著DDS 集成電路器件速度的飛速發(fā)展，它已成為一種可用于滿足系統(tǒng)頻率要求的重要而靈活的設(shè)計(jì)手段。

4、頻率合成技術(shù)在通信電路中的應(yīng)用

直接數(shù)字頻率合成器是現(xiàn)代頻率合成的主要工具，它有頻率分辨率高，頻率轉(zhuǎn)化快等眾多優(yōu)點(diǎn)。這種器件被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。 在CORDIC 算法中，對數(shù)據(jù)的操作只有移位和加/減， 易于用硬件實(shí)現(xiàn)的。而且CORDIC 算法也容易流水線實(shí)現(xiàn)，可以在計(jì)算系統(tǒng)中的高速進(jìn)行。