摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)直接數(shù)字頻率合成（DDS）算法存在的幅度量化誤差、相位截?cái)嗾`差問(wèn)題，提出了一種混合利用信號(hào)對(duì)稱(chēng)性+Sunderland構(gòu)造對(duì)數(shù)據(jù)ROM進(jìn)行壓縮的方法，用來(lái)增大數(shù)據(jù)ROM的存儲(chǔ)量，同時(shí)采用改進(jìn)型相位抖動(dòng)注入法抑制相位截?cái)嗾`差。硬件電路部分設(shè)計(jì)了幅頻校正電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行校正，保證了信號(hào)幅度的穩(wěn)定輸出。測(cè)試結(jié)果表明，信號(hào)發(fā)生器可以輸出高速、穩(wěn)定、低衰減、低雜散的任意波形，輸出信號(hào)頻率范圍為1 MHz~30 MHz，幅度峰峰值為40 mV~6.7 V。
關(guān)鍵詞： 直接數(shù)字頻率合成；任意信號(hào)發(fā)生器；雜散分析；延時(shí)抖動(dòng)法；LC校正電路
0 引言
近年來(lái)，隨著數(shù)字電視、通信雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的要求也越來(lái)越高，在一些特殊場(chǎng)合，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需求[1]。直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，由于其具有相對(duì)帶寬大、低成本、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)[2]電感器的參數(shù)，得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。但DDS技術(shù)輸出雜散多而且抑制不強(qiáng)成為限制其發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的DDS設(shè)計(jì)中，雜散抑制僅僅通過(guò)低通濾波器，可以在一定程度上濾除部分雜散，但在某些高頻信號(hào)中無(wú)法滿(mǎn)足要求。文獻(xiàn)[3]提出了利用信號(hào)對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行波形數(shù)據(jù)ROM壓縮，雖然在根本上抑制了相位截?cái)嗾`差和幅度量化誤差，但由于只能壓縮到原有的1/4，效果不是非常明顯。文獻(xiàn)[4]提出了相位擾動(dòng)技術(shù)來(lái)抑制相位截?cái)嗾`差，但是只對(duì)邊帶雜散有抑制，對(duì)底邊的雜散抑制不明顯。本文針對(duì)幅度量化誤差和相位截?cái)嗾`差，應(yīng)用基于對(duì)稱(chēng)性+Sunderland構(gòu)造對(duì)數(shù)據(jù)ROM進(jìn)行壓縮，可以將其壓縮為原來(lái)的1/12。同時(shí)設(shè)計(jì)了延時(shí)抖動(dòng)法和LC校正電路對(duì)相位截?cái)嗾`差和幅度量化誤差進(jìn)行了有效的抑制。
1 DDS基本原理及雜散分析
1.1 DDS基本原理
直接數(shù)字頻率合成器（DDS）基本原理如圖1所示。
DDS一般由基準(zhǔn)時(shí)鐘源、相位累加器貼片電感器生產(chǎn)廠家、相位調(diào)制器、波形存儲(chǔ)器、幅度調(diào)制器、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器LPF組成[5]。整個(gè)系統(tǒng)在相同時(shí)鐘clk控制下，在每個(gè)時(shí)鐘周期，頻率控制字M與N位相位累加器進(jìn)行1次累加運(yùn)算。相位累加器輸出的相位作為地址送到數(shù)據(jù)ROM表，尋址存在ROM的波形幅度量化值數(shù)據(jù)，然后輸出，完成相位數(shù)據(jù)到幅度的變化，再經(jīng)過(guò)低通濾波器處理后得到理想的波形。
1.2 DDS雜散分析
由于芯片資源的限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)ROM無(wú)法做到足夠大，因此對(duì)幅度值進(jìn)行了近似的存儲(chǔ)，幅度量化誤差就是由省略部分產(chǎn)生的。同時(shí)，因?yàn)橐螽a(chǎn)生的波形與幅度量化誤差具有相同的周期，所以幅度量化誤差不會(huì)引人其他的雜散。
由此可見(jiàn)，如果數(shù)據(jù)ROM多存儲(chǔ)一位，信噪比就改善約6.02 dB。
也是因?yàn)閿?shù)據(jù)ROM容量大小的限制，一般B取32位或48位，由相位累加器的高H位來(lái)尋址，這就導(dǎo)致舍去了L=B-H位，從而造成相位截?cái)嗾`差。
設(shè)信號(hào)S(n)為：
對(duì)l(t)進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得：
綜上所述，如果數(shù)據(jù)ROM舍位加一位，相位截?cái)嗾`差引起的雜散就會(huì)增加約6.02 dB。
由以上幅度量化誤差和相位截?cái)嗾`差來(lái)源來(lái)看，對(duì)數(shù)據(jù)ROM的壓縮可以增大數(shù)據(jù)容量一體成型電感 ，從而有效地對(duì)雜散進(jìn)行抑制。本文又分別設(shè)計(jì)了延時(shí)抖動(dòng)法來(lái)對(duì)相位截?cái)嗾`差進(jìn)行抑制，在外圍硬件部分設(shè)計(jì)幅頻校正電路對(duì)幅度進(jìn)行了校正。
2 雜散抑制處理
2.1 基于對(duì)稱(chēng)性的Sunderland數(shù)據(jù)ROM壓縮法
2.2 延時(shí)疊加抖動(dòng)法
實(shí)際DDS實(shí)現(xiàn)中相對(duì)于幅度量化誤差相位截?cái)嗾`差影響更大，相位截?cái)嗾`差主要是由于誤差序列的周期性造成的，相位抖動(dòng)法就是依靠打破這種周期性及與信號(hào)的相關(guān)性，使其從離散譜變成連續(xù)譜，從而達(dá)到抑制雜散的作用。同時(shí)針對(duì)主頻譜線的邊帶噪聲，設(shè)計(jì)了延時(shí)疊加法，提高了信號(hào)的信噪比，從而達(dá)到抑制雜散的作用。延時(shí)疊加抖動(dòng)法結(jié)構(gòu)如圖2所示。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
