DDS杂散抑制技术研究

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摘要：直接数字频率合成(DDS-Digital Direct Frequency Synthesis)是一种新的频率合
成方法，是频率合成技术的一次革命。直接数字频率合成器由相位累加器、波形
2 b+ H3 }4 e. x3 o1 {0 w. {: cROM、D/A转换器和低通滤波器构成，是一种全数字化的频率合成器。DDS技术
具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和
- M4 n! Q; Q8 F; p. d' K$ D可以产生任意波形等优点。由于上述特点，DDS 技术可被用于雷达、通信、电子
对抗、仪器仪表和软件无线电等领域。
软件无线电技术是近年来无线通信领域的热点,它是未来无线电台发展的方
2 X7 U& J* i% ~# y向，信号的数字化是其关键的一步。而直接数字频率合成具有可编程性和全数字
& j% Q0 r( ?( `* O. T5 R化结构，从而使它在软件无线电中发挥了重要作用，得到广泛的应用。但是DDS
) q# B3 Z9 e/ Y3 H0 B6 C的输出频率较低、杂散性能不够理想，这就在一定程度上限制了DDS的应用。
本文介绍了频率合成技术的发展及常用的频率合成技术，对直接数字频率合
$ |. F4 _- M6 J1 e) P, {成技术及其杂散进行了深入研究。分析了直接数字频率合成器输出信号的理想频
谱特性和杂散来源，对相位截位条件下和存在幅度量化误差情况下直接数字频率
9 o$ H/ @8 L4 @# p3 x: O, g合成器的频谱特性进行了分析，并对数模转换器(DAC)的非线性对输出频谱的影响
进行了介绍。在研究DDS输出频谱特性的基础上对DDS杂散抑制方法进行了研
究，这些方法包括ROM压缩技术(包含利用正弦值的对称性和将ROM表读数分
9 ]- z6 F2 S, o- T解为粗读和细读之和)采用频率控制字与28互质的方法和利用随机化抖动技术(包
含频率抖动、相位抖动和幅度抖动)，其中重点研究了随机化抖动技术对DDS输出
* B5 M& i* p7 Y. b频谱特性的改善，在相位抖动技术的基础上介绍一种可降低相位截断误差所引
4 ]' n1 L# D, U4 d$ V起杂散的DDS 新结构，并对其进行了计算机仿真。仿真结果表明，该结构可以
/ N& m" n9 h4 t. d* f改善DDS输出频谱特性。
* `  d0 i' k0 z' E! `4 k* ^在DDS的相幅转换部分，介绍了从相位到幅度的两种转换方式:查表法和计
' e7 ?* b8 }$ E, D算法，重点研究了CORDIC算法，并用CORDIC 算法取代DDS中的ROM来计算
正弦值和余弦值。采用CORDIC算法产生正弦值和余弦值不需要太多的ROM资
- }% N/ B8 @1 }. ~0 s源，只需要简单的移位和加法等迭代操作，可以得到速度上的提高，很容易在VLSI
芯片上实现，而且采用CORDIC算法可以避免DDS的杂散性能受ROM容量的限
& \& r7 C, r) w  J6 L制。
关键词:频率合成，直接数字频率合成，软件无线电，杂散，杂散抑制，CORDIC，
FPGA
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频率源在现代雷达、通信、电子对抗等系统中有着广泛的应用，它是众多电
子系统实现高性能的关键因素之-，许多现代电子设备和系统的功能都直接依赖
. p4 A. |3 f' h. k" @, R, ?9 O于所使用的频率源的性能。特别是在空间通信、雷达测量、遥测遥控、射电天文、
无线电定位、卫星导航和数字通信等先进的电子系统中都需要有一个频率高度稳
定的频率合成器产生所使用的频率源，它被人们喻为众多电子系统的“心脏”。
2 f, Z" w) ~- L5 e; Y. t频率合成理论大约是在30年代中期提出来的，最初产生并进入实际应用的是
$ e& [  \& |8 S, I7 L# z( M$ `1 N直接频率合成技术。六十年代末七十年代初，相位反馈控制理论和模拟锁相技术
. ]( _, A' l6 m, L$ J8 r4 }在频率合成领域里的应用，引发了频率合成技术发展史上的一次革命，相干间接
合成理论就是这场革命的直接产物。随后数字化的锁相环路部件如数字鉴相器、
. o2 \( f: M. ?8 ~数字可编程分频器等的出现及其在锁相环频率合成技术中的应用，标志着数字锁
1 B& @' N( f) F3 P, H3 v, _2 \3 O相环频率合成技术的形成。由于不断利用吞脉冲计数器、小数分频器、多模分频
+ j- {8 u& [6 u' ~器等数字技术发展的新成果，数字锁相频率合成技术已日益成熟。
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DDS 技术可被用于雷达、通信、电子对抗、仪器仪表和软件无线电等领域。