頻率合成技術(shù)有哪些_頻率合成技術(shù)的應(yīng)用盤點(diǎn)

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(gè)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)?，F(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(duì)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(gè)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(duì)一個(gè)或幾個(gè)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(shí)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(shí)間較長。所以PLL頻率合成器同時(shí)做到較高的頻率分辨率和較快的頻率切換時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)頻率分辨率的要求也不同。

（3）切換時(shí)間。是指從一個(gè)頻率切換到另一個(gè)頻率達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，并且在其有效的相位誤差范圍內(nèi)所需要的時(shí)間，切換時(shí)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(hào)頻譜的純凈程度，通常以信號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)保持相位的連續(xù)性；

（4） 相對(duì)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(duì)較高。

頻率合成技術(shù)的應(yīng)用盤點(diǎn)

1、實(shí)時(shí)模擬仿真的高精密信號(hào)

在DDS 的波形存儲(chǔ)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，就可以任意改變輸出信號(hào)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(hào)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(chǔ)示波器（DSO） 捕獲的波形。

2、實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜方式的信號(hào)調(diào)制

DDS 也是一種理想的調(diào)制器，因?yàn)楹铣尚盘?hào)的三個(gè)參量： 頻率、相位和幅度均可由數(shù)字信號(hào)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(hào)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(duì)載波進(jìn)行精確的相位控制。而DDS 的合成信號(hào)的相位精度由相位累加器的位數(shù)決定。一個(gè)32 位的相位累加器可產(chǎn)生43 億個(gè)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(shí)，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(hào)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(gè)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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。