合成频率源的研究与实现

论文摘要

频率源是现代电子系统的关键组成部件,其性能在很大程度上直接影响着整个电子系统的性能。目前,频率合成技术是频率源的主要实现方式,由此产生的频率源被称为合成频率源。随着现代电子技术的发展,电子系统对合成频率源的相位噪声、杂散、频率转换时间等技术指标提出了更高的要求。本文的主要内容包括合成频率源的理论研究与工程实现。首先,阐述了合成频率源的主要技术指标。其次,对直接数字频率合成器（DDS）的工作原理和频谱特性进行了深入研究。再次,对锁相式频率合成（PLL）技术进行了理论分析,并分析了锁相式合成频率源的基本结构、工作原理、相位模型以及相位噪声和杂散性能。最后,采用DDS激励PLL频率合成技术将DDS极高频率分辨率、低相位噪声、高频率精度、易于控制等优点与PLL良好的窄带跟踪滤波和高频段输出特性相结合,利用单片机对DDS和PLL进行控制,设计了L波段频率范围为1.8GHz-1.9GHz,频率间隔为10MHz的合成频率源。在合成频率源的设计中,采用模块化设计概念将该合成频率源系统划分为三个独立的模块,即:DDS模块、PLL模块以及单片机控制模块。芯片AD9850完成的DDS模块,作为PLL模块的参考输入信号,输出频率范围为18MHz-19MHz、频率间隔为100kHz的信号。DDS模块的测试结果表明:DDS合成频率源的相位噪声约为-112dBc/Hz@100kHz,在20MHz带宽内的杂散水平约为-61dBc,满足PE3236对参考输入信号的要求。采用PLL芯片PE3236以及VCO芯片MW350-1155对以DDS模块输出作为输入信号、1.8GHz-1.9GHz频率范围作为输出信号的锁倍电路进行了设计,并对其电路进行了制作和测试。最后,对研究的内容及经验进行了总结,阐述了合成频率源的未来发展趋势,并指明了今后的研究方向。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 频率合成技术概述
• 1.2 频率合成技术的研究现状
• 1.3 本课题的研究意义与内容
• 2 合成频率源的基本理论
• 2.1 合成频率源主要技术指标
• 2.2 直接数字式合成频率源的基本理论
• 2.2.1 直接数字频率合成器工作原理
• 2.2.2 理想DDS 合成频率源频谱特性分析
• 2.2.3 实际DDS 合成频率源频谱纯度分析
• 2.3 锁相式合成频率源的基本理论
• 2.3.1 锁相环路的基本特性
• 2.3.2 锁相环路的基本结构
• 2.3.3 锁相环路的相位模型及工作原理
• 2.3.4 锁相频率合成器的基本结构与工作原理
• 2.3.5 锁相式合成频率源频谱纯度分析
• 2.4 本章小结
• 3 合成频率源方案设计与分析
• 3.1 合成频率源设计方案
• 3.1.1 DDS 激励PLL 频率合成方案
• 3.1.2 PLL 内插DDS 频率合成方案
• 3.1.3 DDS/PLL 环外混频频率合成方案
• 3.1.4 DDS 内环分频频率合成方案
• 3.2 方案的选择及可行性论证
• 3.2.1 方案的选择
• 3.2.2 方案可行性论证
• 3.3 方案实现设计思路及器件分析
• 3.3.1 方案实现设计思路
• 3.3.2 DDS 芯片AD9850 的工作原理及性能特点
• 3.3.3 PLL 芯片PE3236 的工作原理及性能特点
• 3.4 本章小结
• 4 合成频率源的设计与实现
• 4.1 合成频率源的设计指标
• 4.2 DDS 合成频率源设计与电路实现
• 4.2.1 低通滤波器设计
• 4.2.2 DDS 模块电路设计
• 4.2.3 DDS 模块控制部分设计
• 4.2.4 DDS 合成频率源电路实现
• 4.3 PLL 模块电路设计和实现
• 4.3.1 环路滤波器设计
• 4.3.2 压控振荡器设计
• 4.3.3 PE3236 外围电路设计
• 4.3.4 PLL 模块控制部分设计
• 4.3.5 PLL 模块电路设计
• 4.3.6 PLL 模块电路实现
• 4.4 合成频率源测试
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录