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DDS的杂散对比与级联方案的研究(一)-通信工程毕(3)

2013-06-25 01:07
导读:; 其次,级联后提高了频率分辨率,增强了频率稳定度。单级DDS的频率分辨率为f1/ ,而级联后频率分辨率为f1/ ;若因f1频率偏移引f2的频偏值为f,则引起
;  其次,级联后提高了频率分辨率,增强了频率稳定度。单级DDS的频率分辨率为f1/ ,而级联后频率分辨率为f1/ ;若因f1频率偏移引f2的频偏值为f,则引起f3的频偏值为f/4 。
这种方案的缺点在于减小了输出带宽:一级DDS的输出带宽为f1/2,级联情况下的输出带宽为f1/8。下面介绍另一种级联方案。
第二种方案:取K1 = x• ,K2 = y• ,其中x、y为区间[1, ]内的任意整数,当x、y都为奇数时(或具有相同偶数因子时),要求x  y。输入输出频率关系为:f2 = f1•K1/  = f1•x/ ;f3 = f2•K2/  = f2•y/ ;故f3 = f1•x•y /  = f1•λ/ ,从此式可以看出,级联后两级DDS在输入输出频率关系上可等效成一个累加器位数为2W,频率控制字为λ的DDS(λ的取值区间为[1, ])。由于K1和 K2取值受限,根据前面分析,这种方案中DDS1工作在第二种状态,输出杂散为无相位舍位条件下的幅度量化杂散,DDS2也工作在第二种状态,输出中含有无相位舍位条件下的幅度量化杂散和由时钟信号(DDS1输出信号)引起的相位噪声。和第一种方案相比,这种方案的特点在于:
方案在保证DDS2低杂散输出的前提下,通过抑制DDS1相位舍位杂散的输出降低了DDS2输出信号中的相位噪声。在第一种方案中,DDS1输出信号中含有相位舍位杂散,由于相位舍位杂散水平通常远高于幅度量化杂散水平,这时DDS1输出信号的时域触发特性并非特别理想,用它作时钟信号就难以把DDS2输出信号中的相位噪声降到很低的水平;而在这种方案中,DDS1的输出杂散为无相位舍位条件下的幅度量化杂散,此杂散不仅水平很低,而且杂散能量主要集中在3f2,5f2,7f2……附近,不会过分影响DDS1输出信号对DDS2相位累加器触发时间的等间隔性,这样,相对第一种方案就会大大降低DDS2输出信号中的相位噪声,加上DDS2也工作在无相位舍位杂散的状态,因而这种方案同时保证了输出的低相噪和低杂散。从DDS对时钟相位噪声和杂散的改善关系公式 可知, K2值越小,DDS2对时钟杂散的改善状况就越好,为了同时使DDS2输出杂散信号e2(n)的周期U尽可能大(根据前面结论,U越大,e2(n)频谱中能量最大的杂散频点处的能量就越小),当x、y都为奇数或具有相同偶数因子时,方案中要求x  y。

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这种方案的不足之处在于:一  可输出频点的个数比非级联情况下要少。由于λ不能取尽区间[1, ]内的所有整数(大于 的质数和一些因子大于 的合数是取不到的),故可输出频点数小于 。二  频率分辨率不是一个定值。级联后在低频输出区间频率分辨率可达f1/ 量级,但因λ的取值特点所限,它随输出频率的增大而降低。
在对无相位舍位条件下的幅度量化杂散进行仿真的基础上,我们对第二种方案中的输出杂散和相位噪声进行了仿真,表1给出N = 24,B = 9,K1 = 6555• 时的一组仿真数据,表中值为DDS2输出频谱中能量最大的杂散频点处能量对应的信杂比(dB)。
            表1:杂散频点处能量对应的最大信杂比
     L K2 = 23•
K2 = 552•
K2 = 2208•
K2 = 8832•

    10   83.26   82.19   74.29   72.93
    12   99.33   92.12   87.51   83.35
表2给出另一组仿真数据(参数同上),表中值为DDS2输出频谱中幅度量化杂散和相位噪声总能量对应的信杂(噪)比(dB)。
            表2:杂散和相位噪声总能量对应的信杂(噪)比
     L K2 = 23•
K2 = 552•
K2 = 2208•
K2 = 8832•

    10   61.70   61.52   61.59   61.35
    12   73.91   74.02   73.76   73.55

结束语:DDS对时钟相位噪声和杂散的改善是DDS级联方案的理论依据之一,文中给出了理论上的改善关系公式: ,但实际中DDS的输出相位噪声是达不到这一指标的,这是因为DDS的相位噪声还决定于芯片内部的集成工艺水平和外围电路噪声,所以在实际DDS的设计中,应仔细考虑印制板的布线布局,尽量避免电源和数字切换噪声与时钟输出信号的耦合。如果以上问题能够解决,我们甚至可以将两级DDS集成在一个芯片上,开发新的DDS产品。

参考文献:

(科教范文网 fw.nseac.com编辑发布)


[1] HenryT.Nicholas and Henry Samueli. ”An Analysis of the Output Spectrum of Direct Digital Frequency Synthesizers in the Presence of Phase-Accumulator Trunction”. Proc.41st Annual Frequency Control Symposium,1987:495—502.
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[3] 田新广. DDS的频谱研究及降低杂散的方案. ,国防科技大学电子工程学院,1998.
[4] 蒋兴才,褚人乾,张浩. 直接数字频率合成的频谱研究. DDS技术与应用研讨会(合肥),1997.12.

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