低相噪数字调频源文献综述

 2022-11-20 15:03:29

文献综述(或调研报告):

频率合成器指通过一个或者多个频率源,利用系统器件的组合来生成一个或多个频率的技术。频率合成技术是在20世纪30年代开始建立的,在70多年的发展中,在测试、雷达和通信系统中发挥了巨大的作用。

最早的频率合成是非相关直接频率合成。用几个不同频率的多晶体振荡器参考源通过混频电路得到多个稳定准确的频率,而后利用开关选择所需的频率。输出频率的准确性和稳定性取决于作为参考源的晶体振荡器的准确性和稳定性。因为这种方法要使用多个晶体振荡器参考源,设备笨重,难于做到一致性,成本高,也不能满足各种不同频率的需要而被淘汰。

然后出现了相关的直接频率合成技术,即用一个晶体振荡器作为标准参考源,通过分频、混频和倍频得到多种离散频率的输出信号,这种频率合成器原理简单,易于实现,而且分辨率高,转换速度快,工作稳定可靠,与非相关的频率合成相比,一致性好,可同样存在着体积大笨重缺点。而且,直接频率合成技术,由于没法滤净混频器产生的无用频率分量,从而在输出端会存在无用的杂散波。

张晓晔在《DDS/PLL相结合的低相噪频率合成器的研究》[1]中提到锁相环路(PLL)频率合成技术产生于20世纪50年代,也叫间接频率合成。它包括混频、倍频、分频器,以及压控振荡器、鉴相器和可编程分频器等,电路原理比直接式频率合成复杂。这种频率合成体积小,重量轻,对能量要求低,频率稳定性以及杂散性能好,但缺点是其频率转换时间较长。

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),它从相位的概念出发进行频率合成,完全不同于以往的传统频率合成技术。而是采用数字采样存储技术,直接产生数字正弦抽样值,最后经滤波平滑输出,具有相位连续精确,频率分辨率小,频率转换时间快,调制灵活等优点,其缺点是因为采用相位截断技术,杂散大,频率输出不高。

蒋伯川在《基于DDS和PLL技术的数字调频源的研制》[2]一文中说道近年来出现的频率合成技术DDS是将先进的数字处理理论和方法引入信号合成领域的一项新技术。它结构简单,易于控制,是一个全数字的开环系统,没有反馈环节,具有极快的转换速度、连续的相位、极高的频率分辨率、较低的相位噪声和较宽的相对带宽。以往的任何调制器都无法再不改变外部电路的条件下将多种调制方式统一起来,而DDS具有频率、相位、幅度可精确控制的优势,从而使这一软件无线电的思想在调制领域成为可能。

任鹏在《基于DDS和PLL技术的频率合成器设计与实现》[3]中提出对PLL来说,PLL的芯片性能越来越高,体积也越来越小。典型的有美国国家半导体公司的LMX24系列,AD公司的ADF41系列以及Peregrine公司的PE3236芯片,Qualcomm公司的Q3236等性能优良的频率合成器芯片。芯片大多数包括除低通滤波器和VCO以外的所有功能单元,噪声基底可以达到-217dBc/Hz, 能工作在从很低频率到7GHz以上的宽频带范围内。同时PLL芯片的体积和功耗也越来越小,芯片的工作频率越来越高,如ADI公司Si片上生产的PLL频率合成芯片已能工作到6GHz。另外,外围芯片如压控振荡器,晶体振荡器的性能也越来越好,从而进一步提高了PLL频率合成器的性能和指标。

杨永在《DDS-PLL低相噪低杂散频综研究》[4]中提出频率合成器的技术指标包括输出频率范围、频率分辨率、输出功率、相位噪声、杂散、谐波抑制、频率长期稳定度等,下面分别介绍几个主要技术指标的含义。

输出频率范围:频率合成器输出的最低频率和最高频率之间的范围。

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