基于DDS技术的高速高精度宽带频率合成器.doc

基于DDS技术的高速高精度宽带频率合成器（2～4GHz） 一．前言 在现代电子战（EW）中雷达面临着综合性电子对抗、反辐射导弹、低空和超低空突防以及目标隐身技术等威胁，这就要求雷达具有反地物、抗积极和消极干扰、反隐身以及保护自身的能力。而雷达的这些能力与雷达信号形式和带宽有着密切的关系。就宽带雷达信号而言，随着现代技术的不断发展，对信号形式和带宽的要求也越来越高。但是总的趋势就是要求具有高速度、高精度和宽频段。在上世纪中期对于传统的模拟电路而言这几乎是很难实现的，因为三者之间存在无法克服的矛盾。但是到上世纪末本世纪初，随着数字电路的发展，直接数字频率合成技术（Direct Digital Synthesis）应运而生，为实现这一目标带来希望。由于DDS技术采用全数字技术，使它具有极高的频率分辨率、输出频率相对带宽较宽。频率转换时间极短。任意波形输出能力和可以程控等优点。 DDS输出信号的三个参量（频率、相位和幅度）都是由数据控制字来决定的，即通过改变相位累加器输入端的频率控制字来实现频率控制、改变相位累计器输出端的相位来实现相位控制、改变RAM输出的幅度来实现幅度控制。从而合成各种调幅、调频和调相波形，以满足过去模拟技术无法实现的需求。 二．该技术现状 2.1 DDS目前工艺 上世纪末由于受到集成电路工艺和微电子技术发展的限制，DDS输出最大只能为50MHz，所以并没有得到大范围的应用。而本世纪由于技术的成熟和新材料的使用，使得DDS技术也更加成熟。目前国内市场上可以获得DDS芯片的时钟速率可以达到1GHz，但是据资料显示，采用GaAs（砷化镓）的DDS部件其时钟速率可以达到4GHz。现在有多家公司致力于DDS芯片的研发，其中包括ADI公司，INTESIL公司、FAIRCHILD等公司。 2.2 目前国内外应用现状 目前DDS技术以其独特的优点正在世界范围内正越来越多的被应用于军事领域。目前美军已在许多系统中用其代替传统的VCO，产生高精度、高稳定度的频率源。目前国内市场上可以得到的数据显示DDS的时钟速率可以达到1GHz，但是据资料显示，采用GaAs（砷化镓）的DDS部件其时钟速率可以达到4GHz。目前国内已有多家研究所和院校在此领域从事研究，但目前已经应用于整机的还未见报道。为了适应现代电子战发展的要求，同时提高我国防的电子战的能力，特提出基于DDS的高速高精度宽频带频率合成器（2～4GHz）方案。 DDS 相位噪声 相位噪声作为频率合成器的一项重要技术指标，其性能好坏直接影响了电子系统的性能。用这种信号不论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准时，这些相位噪声将在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降，影响电子系统目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声，当遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”使接收机有效噪声系数增加。所以随着电子技术的发展，对频率合成器的相位噪声要求就越来越高，因此研究低相位噪声、高可靠性频率合成器成为系统发展的重要方向。 1?相位噪声概述??? 相位噪声，就是指在系统内各种噪声作用下所表现的相位随机起伏，相位的随机起伏必然引起频率随机起伏，这种起伏速度较快，所以又称之为短期频率稳定度。??? 理想情况下，合成器的输出信号在频域中为一根单一的谱线，而实际上任何信号的频谱都不可能绝对纯净，总会受到噪声的调制产生调制边带。由于相位噪声的存在，使波形发生畸变。在频域中其输出信号的谱线就不再是一条单根的谱线，而是以调制边带的形式连续地分布在载波的两边，在主谱两边出现了一些附加的频谱，从而导致频谱的扩展，相位噪声的边带是双边的，是以f0为中心对称的，但为了研究方便，一般只取一个边带。其定义为偏离载频1 Hz带宽内单边带相位噪声的功率与载频信号功率之比，它是偏离载频的复氏频率fm的函数，记为￡(fm)，单位为dBc／Hz，即 ??????? 式(1)中，PSSB为偏离载频fm处，1 Hz带宽内单边带相位噪声功率；P0为载波信号功率。 2?频率合成器中的噪声特性分析????在频率合成器中，噪声的来源是多方面的，既有外部噪声，也有电子电路的内部噪声，一般只考虑随机噪声的影响。2．1 频率合成器的实现方式????频率合成器的实现方式主要有两种：一种是直接式频率合成器；另一种是间接式频率合成器。??? 直接式频率合成器是将基准频率通过倍频、分频和混频进行算术运算，再通过开关滤波器组选出所需的输出频率。??? 间接式频率合成器是利用锁相环(PLL)构成的频率合成器，它利用锁相环优异窄带跟踪特性，使输出频率锁定在高稳定的参考频率上。输出频率的相位噪声主要由VCO和参考频率源两者合成决定，靠近载波主要是倍频后的参考源的相位噪声，远离载波主要是VCO远端的相位噪声。2．2