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
/ l) H* c5 j0 i( o7 T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
( z3 n: S; _) ]4 s$ f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
' N+ ~& N* _3 U1 K４×４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
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
! ~, n8 [  Z" q1 C6 ?" [3 ~6 _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，
3 C9 |* x3 ~! w; [8 U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
) g1 [( {  G: Z% K5 ^的频率范围内以快捷的速度提供大量高精度、高稳
7 a0 {+ r7 A$ B$ d. T定度的频率信号。锁相环频率合成技术发展较快，
* r, y) D+ d  `2 V4 r, m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
; O8 C4 N3 c0 C) A4 ?, b的基本优点是在微处理器的控制下，能够准确而快
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
- l! F0 `' k4 \% H/ f成技术的理想解决方案之一。
近十几年来，ＡＤ和Ｑｕａｌｃｏｍｍ等几家公司根
/ V) W5 E# F6 M据这些改进技术推出了一系列性能优良的ＤＤＳ专
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
, m+ j* [+ A9 H. }6 R' E  n－７０ｄＢｃ以下。其应用领域也不再限于频率合成，
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
& x) [' W0 i% c! }( T; ]3 ?' }ＤＤＳ所需要的全部功能，例如频率和相位累加器、
. f3 S2 D. p! v& v/ n- A& c6 R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
度调制（ＱＡＭ）等能力［３］。
5 s* ]- u# U# r' K7 H' I: T) m3 |１　系统模型的设计
全数字频率合成技术不用振荡元件和锁相环，
& z* S$ f* C$ g2 C, x9 {& M! Y8 w4 M而是用一连串数据流经过数模转换器产生出一个预
( F3 K* a& m. g! s9 i先设定的模拟信号。它将先进的数字信号处理理论
* D. A* U: f" D7 Q& H6 \与方法引入信号合成领域，实现了合成信号的频率
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
噪声低、频率稳定度高（取决于所用的参考晶振的
1 @& B7 l. s* F! \稳定度）、集成度高、易于控制等多种优点，使
ＤＤＳ技术得到了飞速的发展，各种专用和通用的
( W; G" |8 Q) m1 ZＤＤＳ芯片也相继上市。
( t9 l6 }: X6 |5 s7 b4 D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
% D, s2 G4 K% r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
9 w7 B% c; D3 W' W% \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