直接模拟频率合成法的优点是:原理非常简单、易于实现、频率转换时间短、相位噪声低、并且能产生任意小的频率增量;缺点是:由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬件设备,使频率合成器的结构过于复杂、体积大、成本高,而且调试难度大,容易产生大量的杂散分量,频谱纯度难以提高。目前直接频率合成法仅在少数雷达信号的产生中还在使用[4]。
第二代频率合成技术被称为间接式频率合成技术,根据其采用的技术也可称为锁相式频率合成技术,产生于二十世纪四十年代初期。锁相式频率合成器主要由相位比较器(鉴相器)、环路滤波器、压控振荡器和三个基本部分构成。各个部分的功能是:相位比较器通过比较输入信号和输出信号,从而产生相位控制信号。相位控制信号通过环路滤波器后直接控制压控振荡器的输出。当输出信号与参考信号的相位一致时,
锁相环输出信号锁定参考信号,整个环路进入到“锁定状态”,此时输出信号取得和参考信号一致的频率和相位。当环路已经处于锁定状态时,如果输入参考信号的频率和相位发生变化,通过环路的控制作用,压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号的频率,并随着输入参考信号的变化而变化,从而使环路重新进入锁定状态,这种动态过程称为环路的“跟踪”过程。采用锁相式频率合成技术的优点有:具有良好的窄带跟踪性能,可以很好地选择所需频率的信号,可以有效的抑制杂散分量、并且避免了大量使用滤波器等模拟电子设备、此外还具有体积小、重量轻、成本低、易集成、易生产等特点,因此具有广阔的应用前景;但是它的一个比较致命的弱点是在高分辨率情况下,频率转换速度不容易做得很高。第三代频率合成技术产生于1971 年,由美国学者提出了一种新的频率合成技术,它以相位码作为地址寻址幅度码,然后根据将幅度码经过D\A转换、低通滤波器生成所需波形,这种方法就是直接数字频率合成技术。这和传统的频率合成技术完全不同,但是限于当时数字、电子技术的发展,直接频率合成技术的性能不比传统的频率合成技术高,因此并没有得到人们的认可。随着时代的进步,集成工艺和集成电路技术也发生了翻天覆地的发展,因此数字频率合成技术的性能也得到了巨大的提高,它在各方面的指标以及性能(如:相对带宽、频率转换时间、相位连续性、分辨率以及集成化),是传统频率合成技术所不能比拟的。直接数字频率合成全数字化虽然有好处,但是也带来了不可避免的缺点:输出频谱杂散大。20世纪80年代末,一批学者开始研究直接数字频率合成的杂散规律,了解其分布规律之后,提出了以下改进措施:提出新的相位累加器模型、压缩ROM查找表存储的数据、抖动注入技术的使用、并改善了DDS系统的结构。这些措施提高了DDS系统的杂散抑制性能。但是DDS系统中数模转换器的固有缺陷并不能因采取这些措施而得到彻底改善,并且这些问题会因外界因素(气候、温度等)和内部因素(电路制作工艺等)产生不确定的变化,这些问题不易解决。随着技术的进步,直接数字频率合成技术得到了极大的发展,它各方面的性能与以前相比提高了很多。基于以上所提到的直接数字频率合成技术的各种优点,它的应用范围越来越大,已经扩展到到通信、宇航、遥控遥测、仪器仪表等领域[5]。
1。2 直接数字频率合成的特点及其应用
1。2。1 DDS的特点
直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)是把一系列的数据量形式的信号转换成模拟量形式的频率合成技术。与传统的频率合成技术相比,直接数字频率合成技术具有以下优点: