資料介紹
現代直接數字頻率合成器(DDS)通常利用累加器和數字頻率調諧字(FTW)在累加器輸出端產生周期性的N位數字斜坡(見圖1)。 此數字斜坡可依據公式1定義DDS的輸出頻率(fO),其中fS為DDS采樣速率(或系統時鐘頻率)。
(1)
DDS給定時,組成FTW的位數(N)定義了fO的最小可能變化,這發生在FTW值僅更改最低有效位(LSB)時。 也就是說,FTW中的1 LSB變化定義了DDS的調諧分辨率。 例如,N = 32的DDS的調諧分辨率高于N = 24的DDS。為了證實DDS的極佳調諧能力,以AD9912為例,N = 48產生的調諧分辨率為1/248(即1/281,474,976,710,656)。 事實上,fS = 1 GHz時,AD9912產生的頻率調諧分辨率約為3.6 μHz (0.0000036 Hz)。
若DDS的FTW為N位,細看圖1可知,累加器輸出端的位數(N)和角度轉幅度模塊輸入端的位數(P)之間存在明顯的差異,即P ≤ N。這種差異會導致DDS輸出頻譜中出現相位截斷雜散。
知道給定DDS的P值對預測相位截斷雜散非常重要。 本應用筆記介紹了一種用于計算特定相位截斷雜散的頻率和幅度的方法,尤其適合給定FTW的主相位截斷(PPT)。
![如何預測直接數字頻率合成器(DDS)輸出頻譜中主相位截斷雜散的頻率和幅度](/uploads/allimg/171110/2755807-1G110155316461.png)
圖1. DDS功能框圖
相位截斷
累加器和FTW組成DDS的頻率控制元件。 但是,除了頻率控制元件外,DDS還具有將N位累加器輸出從相位值轉換為幅度值的角度轉幅度模塊。 角度轉幅度模塊占據了DDS數字電路的很大一部分。 因此,通過增大N來提高DDS的調諧分辨率會大幅增加角度轉幅度模塊所需的電路數。 同樣,將所有N位相位信息轉換為幅度不太實際。 如圖1所示,實際DDS使用累加器位的子集進行相位幅度轉換,即P最高有效位(MSB)。 這種位截斷會大幅減少角度轉幅度模塊所需的電路數。 但代價是需要在DDS輸出端引入可能的頻譜偽像(具體而言就是相位截斷雜散)。
相位截斷雜散
根據定義,按P = N設計的DDS沒有相位截斷。 因此,其輸出頻譜中沒有相位截斷雜散。 但是在實際DDS中,P 《 N,這會產生相位截斷。
有三類相位截斷雜散: 一階、二階和三階。 這幾個分類源于DDS中相位幅度轉換器和數模轉換器(DAC)的級聯組合的頻譜特性。 圖2結合圖形說明將傅里葉變換技術應用于角度轉幅度模塊(帶P位相位輸入)和呈現諧波失真的非理想DAC所產生的譜線。
![如何預測直接數字頻率合成器(DDS)輸出頻譜中主相位截斷雜散的頻率和幅度](/uploads/allimg/171110/2755807-1G110155310K4.png)
DDS給定時,組成FTW的位數(N)定義了fO的最小可能變化,這發生在FTW值僅更改最低有效位(LSB)時。 也就是說,FTW中的1 LSB變化定義了DDS的調諧分辨率。 例如,N = 32的DDS的調諧分辨率高于N = 24的DDS。為了證實DDS的極佳調諧能力,以AD9912為例,N = 48產生的調諧分辨率為1/248(即1/281,474,976,710,656)。 事實上,fS = 1 GHz時,AD9912產生的頻率調諧分辨率約為3.6 μHz (0.0000036 Hz)。
若DDS的FTW為N位,細看圖1可知,累加器輸出端的位數(N)和角度轉幅度模塊輸入端的位數(P)之間存在明顯的差異,即P ≤ N。這種差異會導致DDS輸出頻譜中出現相位截斷雜散。
知道給定DDS的P值對預測相位截斷雜散非常重要。 本應用筆記介紹了一種用于計算特定相位截斷雜散的頻率和幅度的方法,尤其適合給定FTW的主相位截斷(PPT)。
![如何預測直接數字頻率合成器(DDS)輸出頻譜中主相位截斷雜散的頻率和幅度](/uploads/allimg/171110/2755807-1G110155316461.png)
圖1. DDS功能框圖
相位截斷
累加器和FTW組成DDS的頻率控制元件。 但是,除了頻率控制元件外,DDS還具有將N位累加器輸出從相位值轉換為幅度值的角度轉幅度模塊。 角度轉幅度模塊占據了DDS數字電路的很大一部分。 因此,通過增大N來提高DDS的調諧分辨率會大幅增加角度轉幅度模塊所需的電路數。 同樣,將所有N位相位信息轉換為幅度不太實際。 如圖1所示,實際DDS使用累加器位的子集進行相位幅度轉換,即P最高有效位(MSB)。 這種位截斷會大幅減少角度轉幅度模塊所需的電路數。 但代價是需要在DDS輸出端引入可能的頻譜偽像(具體而言就是相位截斷雜散)。
相位截斷雜散
根據定義,按P = N設計的DDS沒有相位截斷。 因此,其輸出頻譜中沒有相位截斷雜散。 但是在實際DDS中,P 《 N,這會產生相位截斷。
有三類相位截斷雜散: 一階、二階和三階。 這幾個分類源于DDS中相位幅度轉換器和數模轉換器(DAC)的級聯組合的頻譜特性。 圖2結合圖形說明將傅里葉變換技術應用于角度轉幅度模塊(帶P位相位輸入)和呈現諧波失真的非理想DAC所產生的譜線。
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