高性能数字频率合成器的设计与实现

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摘要：通过对直接数字频率合成技术的研究，采用单片机ＡＴ８９Ｓ５１控制ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４设计
出一种高性能直接数字频率合成器。该数字频率合成器采用并行通信的方式传输控制字，通过改
6 E& M$ B2 d6 I: o: u! z! @变控制字来改变输出频率，得到所需频率的正弦波。软件上采用菜单式、全部键盘控制方式。用
" K+ n5 |( f8 D: ]% X' s! b. B４×４矩阵键盘控制，进行功能选择以及设置频率、幅度和相位控制字。界面显示用带中文字库
8 O1 ]) l2 N. d0 o$ i的液晶ＴＳ－１２８６４显示，实现了良好的人机交互，系统操作使用方便。用单片机控制ＤＤＳ数字
- b1 q: t+ a9 Q6 r, _芯片实现的数字频率合成器，有着比模拟频率合成器更好的抗干扰性、频率分辨率和频谱纯度，
6 p7 |0 J, c3 k同时有着更小的体积。系统经测试得到所需频率的正弦波，数字频率合成器设计成功
在通信、雷达和导航系统中，需要在一个很宽
& q0 Q, `/ A+ m* s的频率范围内以快捷的速度提供大量高精度、高稳
定度的频率信号。锁相环频率合成技术发展较快，
应用也很广泛，但其频率转换速度不快、分辨率
低、电路和微机控制复杂［１］。直接数字频率合成器
的基本优点是在微处理器的控制下，能够准确而快
4 t+ s$ O; K  ~% ]捷地调节输出信号的频率、相位和幅度。此外，
ＤＤＳ具有频率和相位分辨率高、频率切换速度快、
易于智能控制等突出特点。这些特点使新出现的
ＤＤＳ及其与锁相环技术组合技术已经成为频率合
成技术的理想解决方案之一。
% o" F" h1 `6 b1 W: y近十几年来，ＡＤ和Ｑｕａｌｃｏｍｍ等几家公司根
; T2 {; s  L- H) R0 a1 a据这些改进技术推出了一系列性能优良的ＤＤＳ专
' J" C# r* @. Z! W# b5 o) l用集成电路。其工作频率可达１ＧＨｚ，频率分辨率
可到ＭＨｚ，排除ＤＡＣ的限制，杂散指标可达
－７０ｄＢｃ以下。其应用领域也不再限于频率合成，
6 x' t( d" L  l2 T7 v7 J9 R; C. _有的可专门用于产生ＬＦＭ信号［２］。
随着集成电路工艺的不断改善，这些产品的功
能也愈来愈强大。现在不仅在一个芯片上能够集成
ＤＤＳ所需要的全部功能，例如频率和相位累加器、
相位到幅度变换电路和数模转换器（ＤＡＣ）等，
而且也具备了一些诸如相移键控（ＰＳＫ）和正交幅
% Z# B0 G" L. ^度调制（ＱＡＭ）等能力［３］。
; U; ]7 k: X) I! Y１　系统模型的设计
' f5 a0 ]; w$ N, L- o全数字频率合成技术不用振荡元件和锁相环，
而是用一连串数据流经过数模转换器产生出一个预
0 h) d) S- C1 J2 @3 _先设定的模拟信号。它将先进的数字信号处理理论
与方法引入信号合成领域，实现了合成信号的频率
# p# b* w9 F" S转换速度与频率准确度之间的统一。它具有相位变
换连续、频率转换速度快、频率分辨率极高、相位
) \" ]  F4 o% Q* `2 h0 ]噪声低、频率稳定度高（取决于所用的参考晶振的
稳定度）、集成度高、易于控制等多种优点，使
$ a# H3 T: x5 y3 A1 Y, qＤＤＳ技术得到了飞速的发展，各种专用和通用的
ＤＤＳ芯片也相继上市。
* L5 d7 u; d+ a% l5 b* e该系统的总体设计方案分为信号产生、电平转
换控制与人机交互三大部分。其中信号产生模块可
( _  Q( Z" \! L- j( ?) Z; O产生１００Ｈｚ～５ＭＨｚ正弦信号；单片机控制模块
控制着整个系统的正常运行；人机交互模块包括输
4 Y2 q" }. ~( j入和显示部分。系统框图如图１所示。

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ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４是一种高性能直接数字频率合成器