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频率合成技术浅析
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频率合成器
频率合成技术起源于20世纪30年代，至今已有70多年的历史。频率合成器的实现方法有3种：直接模拟频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。根据出现的时间顺序，可将其分为3代。用高精度晶体振荡器作为基准，通过合成技术能产生一系列具有一定频率间隔的高清度频率源，分直接合成和锁相环合成两种。
频率合成器简介
频率合成器基本电路
频率合成器是利用一个或多个标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。直接数字式频率合成(DDS)技术是继直接频率合成和间接频率合成之后，随着数字集成电路和微电子技术的发展而迅速发展起来第三代频率合成技术。它以数字信号处理理论为基础，从信号的幅度相位关系出发进行频率合成，具有极高的频率分辨率、极短的频率转换时间、很宽的相对带宽、频率转换时信号相位连续、任意波形的输出能力及数字调制功能等诸多优点，正广泛地应用于仪器仪表、遥控遥测、、、以及等各个领域。尤其是在短波跳频通信中，信号在较宽的频带上不断变化，并且要求在很小的频率间隔内快速地切换频率和相位，因此采用DDS技术的本振信号源是较为理想的选择。这种方法简单可靠、控制方便，且具有很高的频率分辨率和转换速度，非常适合快速跳频通信的要求。
频率合成器的实现方法有3种：直接模拟频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。
根据出现的时间顺序，可将其分为3代[1]
第一代：直接模拟频率合成技术。利用一个或多个不同的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径直接产生许多离散频率的输出信号，称为直接式频率合成。这种方法获得的信号具有频率的长期和短期稳定度高、频率变换速度快等特点，但调试难度大，杂散抑制难。
第二代：锁相频率合成技术。在20世纪50年代出现了锁相式频率合成器，也称为间接式合成器。它利用一个或者几个参考频率源，通过谐波发生器混频和分频等产生大量的谐波或组合频率，然后用锁相环，把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上。由压控振荡器间接产生所需频率输出。这种方法优点是由于锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器，因此能很好地选择所需频率的信号，抑止杂散分量，避免了大量使用滤波器，有利于集成化和小型化。
第三代：直接数字频率合成技术。20世纪70年代以来，随着数字集成电路和微电子技术的发展，出现了一种新的合成方法——直接数字式频率合成（DDS）技术。它从相位的概念出发进行频率合成，采用了数字采样存储技术，具有精确的相位、频率分辨力，快速的转换时间等冲突优点。
频率合成器用途
频率合成器基本电路
频率合成器作用是给微波扫频信号提供一定分辨力的频率参考信号，并对微波信号输出频率进行逐点锁定，以得到高准确度和稳定度的扫频输出信号。
输出点频信号和扫频信号是微波合成扫源的基本功能。而点频输出又是扫频输出的基础(扫频信号的输出可以利用点频通过程序控制的方法实现)。下面是点频功能的实现算法。
(1)用户在前面板上设置需要设定的频率f0。
(2)判断f0属于哪个频段，求出YTO的输出频率fYTO。并对YTO进行预置频率。
(3)根据fYTO和f0算出YTO鉴相器参考频率，由此推出取样环和小数分频环的分频系数，并将分频系数置人对应的数据锁存器。
频率合成器原理
频率合成源是微波系统的重要功能单元，在收发信机、雷达探测、通信、检测仪器等电子设备中被广泛使用。
从普通VCO、介质振荡器（DRO）、同轴振荡器（CRO）、钇铁石榴石振荡器(YIG)中选择合适的振荡器配以各种合成技术，从而为您提供性价比最高的频率合成源。配以大洋微波开发的先进的开环预置、闭环实时修正等辅助捕获技术，可为您提供极短的频率转换时间。
频率合成器
频率合成器合成分类
直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快(小于100ns)，但是体积大、功耗大，已基本不被采用。锁相环合成法通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算。该方法结构简化、便于集成，且频谱纯度高，使用比较广泛，但存在高分辨率和快转换速度之间的矛盾，一般只能用于大步进频率合成技术中。
频率合成器频率合成器的性能指标
频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，在通信、雷达、导航、电子对抗和测试设备中都得到了广泛的应用。频率合成器的主要性能指标包括以下几个方面。
（1）输出频率范围
频率范围是指频率合成器输出最低频率和输出最高频率之间的变化范围，包括中心频率和带宽两个方面的含义。
（2）频率稳定度
频率稳定度指在规定的时间间隔内，频率合成器输出频率偏离标定值的数值，分为长期、短期和瞬间等3种稳定度。
（3）频率间隔
频率间隔是指两个输出频率的最小间隔，也称频率分辨率。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不同的，小到几赫兹，大到兆赫量级。
（4）频率转换时间
频率转换时间是指输出频率由一个频率转换到另一个频率的时间。
（5）频谱纯度
频谱纯度以杂散分量和相位噪声来衡量，杂散又称寄生信号，分为谐波分量和非谐波分量两种，主要由频率合成过程中的非线性失真产生；相位噪声是衡量输出信号相位抖动大小的参数。
（6）调制性能
调制性能是指频率合成器的输出是否具有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等功能。
随着电子技术的不断发展，对频率合成器性能的要求越来越高。20世纪80年代以来，各国都在研制和发展各自的DDS产品，现在流行的DDS产品以AnalogDevices公司的最多，主要有AD7008、AD、AD等十几种芯片，形成了0～120MHz的宽输出频率范围系列。此外，高通公司也有Q2334、Q2368等产品，这些DDS芯片的时钟频率从30MHz到125MHz不等，芯片从一般功能到集成有D/A转换器和正交调制器。随着数字信号处理器件的发展，DDS可以在FPGA、DSP等可编程器件上以软件化的方式实现。
频率合成器直接数字频率合成简介
1．直接数字频率合成的原理
直接数字频率合成（DDS）技术是相对于直接模拟频率合成（DAS）技术而言的。DDS直接以离散时间的方式产生信号，通过改变幅度、频率和相位来生成被调制信号，因此对于数字通信系统来说可以产生任意的波形。软件无线电系统中的数字上下变频、本地载波的产生以及压控震荡器等重要环节都可以用DDS技术实现。
采用DDS技术的直接数字频率合成器（DDFS，DirectDigitalFrequencySynthesizer）可分为正弦输出DDS、脉冲输出DDS和相位插入DDS等不同的类别，其中正弦输出DDS应用最为普遍。
对于正弦输出DDS，波形的产生主要有两种方法。第一种为实时计算法，这种方法需要实时计算特殊的三角函数值，如果用DSP进行处理实现比较复杂，因此这种方法应用较少。第二种为查表法，其主要思想是将各个相位所对应的正弦值存储在查找表中（一般用ROM来实现），在实际波形产生过程中只需要根据相位进行相应的查找便可以直接生成正弦波形值。
2．直接数字频率合成的优点
（1）精确性
（2）相对带宽宽
（3）频率分辨率高
（4）快速切换的能力
（5）输出任意波形的能力
（6）体积小功耗低，便于集成
3．直接数字频率合成的不足
（1）工作频带的限制
（2）杂波抑制性能较差
（3）相位噪声性能低
汤继星．基于DSP的直接数字频率合成（DDS）技术研究：南京理工大学硕士论文，2008
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介绍一种新的频率合成方法
【摘要】：本文介绍一种新型的锁相频率合成器,并通过实例详细说明了其设计方法与技巧。
【作者单位】：
【关键词】：
【正文快照】：
在锁相颇率合成技术中,提高输出信号频率分辨率(成称绷率间隔)的常用方法是采用多环结构或小数分撅钱相环。多环结构锁相环由于所用环路较多,因而整体结构比较复杂。单环结构的小数分颇锁相环,可以在提高环路输出频率分辨率的同时,加快环路的换颐速度,简化环路的结构‘’〕。
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