高性能数字频率合成器的设计与实现

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摘要：通过对直接数字频率合成技术的研究，采用单片机ＡＴ８９Ｓ５１控制ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４设计
出一种高性能直接数字频率合成器。该数字频率合成器采用并行通信的方式传输控制字，通过改
变控制字来改变输出频率，得到所需频率的正弦波。软件上采用菜单式、全部键盘控制方式。用
４×４矩阵键盘控制，进行功能选择以及设置频率、幅度和相位控制字。界面显示用带中文字库
: B- {6 Y) D# n4 }7 s8 j5 f4 d的液晶ＴＳ－１２８６４显示，实现了良好的人机交互，系统操作使用方便。用单片机控制ＤＤＳ数字
& L7 ?+ f+ i7 n- g' C芯片实现的数字频率合成器，有着比模拟频率合成器更好的抗干扰性、频率分辨率和频谱纯度，
# H1 B  F+ s) Y同时有着更小的体积。系统经测试得到所需频率的正弦波，数字频率合成器设计成功
在通信、雷达和导航系统中，需要在一个很宽
的频率范围内以快捷的速度提供大量高精度、高稳
/ a4 A, x; s0 `" c定度的频率信号。锁相环频率合成技术发展较快，
应用也很广泛，但其频率转换速度不快、分辨率
. e4 J) |" `; d2 k+ p1 J: R3 \$ @3 g低、电路和微机控制复杂［１］。直接数字频率合成器
# s+ u  Z9 C& |7 x6 k的基本优点是在微处理器的控制下，能够准确而快
4 [$ O$ A9 T  u- }# A, m. i9 b  o捷地调节输出信号的频率、相位和幅度。此外，
ＤＤＳ具有频率和相位分辨率高、频率切换速度快、
易于智能控制等突出特点。这些特点使新出现的
ＤＤＳ及其与锁相环技术组合技术已经成为频率合
$ L) g. ?& m; e0 l8 u成技术的理想解决方案之一。
近十几年来，ＡＤ和Ｑｕａｌｃｏｍｍ等几家公司根
7 i; o5 X  t& \; @3 y1 A据这些改进技术推出了一系列性能优良的ＤＤＳ专
- F! F& n0 X2 x( {1 t$ U) k用集成电路。其工作频率可达１ＧＨｚ，频率分辨率
* `  |; `3 Y/ u可到ＭＨｚ，排除ＤＡＣ的限制，杂散指标可达
－７０ｄＢｃ以下。其应用领域也不再限于频率合成，
5 {" E) H/ F7 ]1 ~# N% \- e# v1 s有的可专门用于产生ＬＦＭ信号［２］。
3 y5 O: A  M6 k) m/ O4 c" ]随着集成电路工艺的不断改善，这些产品的功
, Q' T/ ?- ~8 ?1 I. g- _能也愈来愈强大。现在不仅在一个芯片上能够集成
ＤＤＳ所需要的全部功能，例如频率和相位累加器、
相位到幅度变换电路和数模转换器（ＤＡＣ）等，
而且也具备了一些诸如相移键控（ＰＳＫ）和正交幅
度调制（ＱＡＭ）等能力［３］。
( A: _1 p2 q5 v3 s8 E4 g１　系统模型的设计
4 T' C2 `2 L, O6 _; R9 k全数字频率合成技术不用振荡元件和锁相环，
而是用一连串数据流经过数模转换器产生出一个预
先设定的模拟信号。它将先进的数字信号处理理论
与方法引入信号合成领域，实现了合成信号的频率
转换速度与频率准确度之间的统一。它具有相位变
换连续、频率转换速度快、频率分辨率极高、相位
7 a* |# B' a& S$ i噪声低、频率稳定度高（取决于所用的参考晶振的
2 W% l% F7 w; o7 \1 k7 }稳定度）、集成度高、易于控制等多种优点，使
0 y9 `6 r3 m) m& H7 HＤＤＳ技术得到了飞速的发展，各种专用和通用的
4 p4 n: ~; w+ @# U/ k' t5 OＤＤＳ芯片也相继上市。
该系统的总体设计方案分为信号产生、电平转
换控制与人机交互三大部分。其中信号产生模块可
产生１００Ｈｚ～５ＭＨｚ正弦信号；单片机控制模块
" {/ A6 H( k/ ]3 k; p+ V/ A控制着整个系统的正常运行；人机交互模块包括输
( G; Z0 _& {' d8 K; s( m入和显示部分。系统框图如图１所示。

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ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４是一种高性能直接数字频率合成器