頻率合成技術的發展過程

頻率合成技術的理論起源于二十世紀30年代左右，至今己有八十多年的歷史。早期的頻綜是由一組晶振組成，需要多少個輸出頻點，由晶體的數目所決定。需要由人工來實現頻率切換，主要由晶體來決定頻率的準確度和穩定度，很少與電路有關。現在這種頻率合成方式已經被非相干合成的方法所取代，盡管非相干合成同樣使用了晶體，但其工作方式是由少量晶體來產生多種頻率的。對比早期的頻率合成方式，非相干合成器不僅降低了成本，而且提高了所合成頻率的穩定性。但是研制這種由幾塊晶體所構成的晶振是一個非常復雜的過程，而且成本較高。因此隨著頻率合成技術的發展，相干合成法也就被科學家提了出來。

最初的相干合成法主要是直接頻率合成（Direct Frequency Synthesis簡稱DFS）。此合成方法是利用倍頻、分頻、混頻的方法對一個或幾個參考源頻率經過加、減、乘、除運算直接產生所需要頻率的方法。這種方法由于頻率轉化時間短，相位噪聲低等優點，因此在頻率合成領域也占有一定的地位，但由于所生成的頻率是采用大量的倍頻、分頻、混頻所得，使得直接式頻率合成器體積大、雜散多且難于抑制、結構復雜、成本及功耗高，故該DFS己基本被淘汰。

在DFS之后出現了間接頻率合成（Indirect Frequency Synthesis）。間接頻率合成主要是指鎖相環PLL（Phase-Locked Loop）頻率合成。此合成方法是把相位反饋和鎖相技術用于頻率合成中，這種合成方法具有輸出頻率高、相位噪聲低、抑制雜散好、成本低和易于集成等優點，因此在頻率合成領域占有一席之地。但是傳統PLL的頻率合成器由于采用閉環控制，因此輸出頻率改變后，要想重新達到穩定則所需的時間較長。所以PLL頻率合成器同時做到較高的頻率分辨率和較快的頻率切換時間是很困難的。

頻率合成技術簡介

頻率合成技術是電子對抗與電子系統實現高性能指標的關鍵，很多現代電子設備和系統的功能實現都直接依賴于所用頻率合成器的性能，頻率合成器的性能好壞直接影響雷達、導航、通信、空間電子設備及儀器、儀表等現代設備的性能。

頻率合成技術有哪些

1、直接數字式頻率技術，即DDS技術。

2、鎖相環頻率合成技術，即PLL。

3、DDS+PLL技術。

頻率合成技術指標

頻率合成技術有各種技術指標，而其技術指標反映了頻率合成技術的優缺點，下面就對若干基本的技術指標加以介紹。

（l）頻率范圍。頻率合成器輸出的最大合成頻率fmax和最小合成頻率fmin決定了頻率范圍，通常可用相對帶寬來衡量頻率范圍。

（2）分辨率。頻率合成輸出的兩離散頻率點之間的最小間隔，即為輸出頻率的分辨率，不同場合的需要對頻率分辨率的要求也不同。

（3）切換時間。是指從一個頻率切換到另一個頻率達到穩定時，并且在其有效的相位誤差范圍內所需要的時間，切換時間與頻率合成器的電路形式密切相關。

（4）頻譜純度。是指輸出信號頻譜的純凈程度，通常以信號的相位噪聲和雜散分量來衡量頻譜純度。

（5）頻率穩定度與準確度。頻率穩定度是指輸出頻率在規定的時間內與標稱值間的偏差程度，由偏差程度可分為長期、短期和瞬時穩定度。頻率準確度是指實際頻率與標準頻率的誤差。頻率的穩定度與準確度密切相關的，因為只有在頻率穩定度足夠高的前提下，其相應的頻率準確度才有實際意義。

頻率合成技術優缺點

（1） 頻率切換速度快；

（2） 極高的頻率分辨率；

（3） 頻率切換時保持相位的連續性；

（4） 相對帶寬很寬；

（5） 全數字化實現便于單片集成。

主要缺點是工作頻率受到限制，相噪及雜散相對較高。

頻率合成技術的應用盤點

1、實時模擬仿真的高精密信號

在DDS 的波形存儲器中存入正弦波形及方波、三角波、鋸齒波等大量非正弦波形數據，然后通過手控或用計算機編程對這些數據進行控制，就可以任意改變輸出信號的波形。利用DDS具有的快速頻率轉換、連續相位變換、精確的細調步進的特點，將其與簡單電路相結合就構成精確模擬仿真各種信號的的最佳方式和手段。這是其它頻率合成方法不能與之相比的。例如它可以模擬各種各樣的神經脈沖之類的波形，重現由數字存儲示波器（DSO） 捕獲的波形。

2、實現各種復雜方式的信號調制

DDS 也是一種理想的調制器，因為合成信號的三個參量： 頻率、相位和幅度均可由數字信號精確控制，因此DDS 可以通過預置相位累加器的初始值來精確地控制合成信號的相位，從而達到調制的目的。

現代通信技術中調制方式越來越多，BPSK， QPSK， MSK 都需要對載波進行精確的相位控制。而DDS 的合成信號的相位精度由相位累加器的位數決定。一個32 位的相位累加器可產生43 億個離散的相位電平， 而相位精度可控制在8X10一3 度的范圍內，因此， 在轉換頻率時，只要通過預置相位累加器的初始值，即可精確地控制合成信號的相位，很容易實現各種數字調制方式。

3、實現頻率精調，作為理想的頻率源

DDS 能有效地實現頻率精調，它可以在許多鎖相環（PLL） 設計中代替多重環路。在一個PLL 中保持適當的分頻比關系，可以將DDS的高頻率分辨率及快速轉換時間特性與鎖相環路的輸出頻率高、寄生噪聲和雜波低的特點有機地結合起來，從而實現更為理想的DDS+PLL 混合式頻率合成技術。

在頻率粗調時用PLL 來覆蓋所需工作頻段，選擇適當的分頻比可獲得較高的相位噪聲，而DDS 被用來覆蓋那些粗調增量，在其內實現頻率精調。這種方案以其優越的相位穩定性和極低的顫噪效應滿足了各種系統對頻率源苛刻的技術要求。這也是目前開發應用DDS技術最廣泛的一種方法。采用這種方案組成的頻率合成器已在很高的頻率上得以實現。

當然，DDS 的應用不僅限于這些，它還可用于核磁諧振頻譜學及其成像、檢測儀表等。 隨著DDS 集成電路器件速度的飛速發展，它已成為一種可用于滿足系統頻率要求的重要而靈活的設計手段。

4、頻率合成技術在通信電路中的應用

直接數字頻率合成器是現代頻率合成的主要工具，它有頻率分辨率高，頻率轉化快等眾多優點。這種器件被廣泛應用于眾多領域。 在CORDIC 算法中，對數據的操作只有移位和加/減， 易于用硬件實現的。而且CORDIC 算法也容易流水線實現，可以在計算系統中的高速進行。