DDS的雜散分析和相位噪聲

隨著射頻技術的發展，許多技術得到了越來越多的開發和應用，DDS就是其中廣泛應用的技術之一。DDS是指一種從固定頻率參考時鐘源產生正弦波的數字技術。與傳統的頻率合成器相比，DDS具有成本低、功耗低、分辨率高、轉換時間快等優點。它廣泛應用于電信和電子儀器領域，是實現設備全數字化的關鍵技術。參考時鐘源的動態性能將直接影響DDS的輸出頻譜。今天，我們將詳細了解一下DDS技術。DDS的輸出頻率是數字可調的，頻率分辨率低于1 Hz。輸出正弦波的相位是數字可調的，這對于需要多個DDS相互同步的應用非常有用。不存在由溫度漂移或元件老化引起的誤差。DDS的優點DDS輸出的基頻必須低于參考時鐘頻率的40%。這一限制是為了完全濾除DDS輸出頻譜中的鏡像頻率。DDS的基頻幅度會隨著輸出頻率的增加而降低，但有些DDS內置了數字反SINC濾波器來克服這種影響。由于DDS輸出的正弦波是通過數字采樣方法產生的，用戶必須允許一定程度的失真。也就是說，這個正弦波的頻譜并不理想。DDS由三部分組成：累加器，它是一個數字模塊，包括一個帶反饋的加法器。幅度轉換器將數字相位值轉換成數字幅度值。數模轉換器(DAC)，將輸入的數字幅度值轉換成比例的模擬輸出，對應的連續模擬信號可以是電壓或電流的形式。

這里有兩點需要注意。第一點是角度-幅度轉換器輸入端的相位截斷，第二點是角度-幅度轉換器輸出端的幅度分辨率有限。下面分析兩個方面，即有限的相位和幅度分辨率如何調制DDS輸出。

根據DDS的輸出頻譜，必須采用某種濾波方法來衰減鏡像頻率。DDS評估板上通常使用5階或7階低通橢圓濾波器，濾波器的轉折頻率設置為DDS最大時鐘頻率的40%左右。DDS的局限頻率規劃的主要內容包括：確定DDS的主要雜散源。在本節中，您將看到確定主要雜散源的框圖。DDS參考時鐘性能的重要性。我們將給出這方面的一些光譜圖。使用簡單的公式或模型來預測DDS所有最大雜散的頻率位置。幾乎所有DDS雜散都很容易確定。相位截斷雜散、相位幅度轉換雜散和參考時鐘雜散的幅度估計。我們可以非常近似地得到這些雜散的幅度。DAC雜散可以使用一個簡單的模型。數字開關的寄生饋電信號。后面還會有這方面的頻譜圖。目標是獲得最大的SFDR。

該框圖揭示了四個主要雜散源。它們是參考時鐘源、相位截斷、角度幅度轉換和DAC非線性。我們將詳細討論每個雜散源，它們產生的雜散的頻率位置是可以預測的。參考時鐘對DDS輸出的影響：1)參考時鐘的性能會直接影響DDS的輸出性能。2)參考時鐘的雜散頻率將以相同的固定頻率偏移傳輸到DDS的輸出端。3)參考時鐘的噪聲將以同樣的方式傳輸到DDS的輸出端。4)參考時鐘雜散或DDS輸出噪聲的幅度會隨著控制字的減小而減小，可以用下面的公式表示：dBc=-20 log(參考時鐘頻率/DDS輸出頻率)5)如果使用內置參考時鐘乘法器，參考時鐘的所有噪聲和雜散都會按照下面的公式在PLL環路帶寬內被放大：dBc=20 log(參考時鐘的倍頻為4-20倍)。如果參考時鐘已知，

在該頻譜圖中，參考時鐘頻率和DDS輸出頻率疊加在一起，其中參考時鐘頻譜由藍色曲線表示，為400 MHz，DDS輸出頻譜由綠色線條表示，約為10.1 MHz。這種疊加的目的是反映參考時鐘雜散對DDS輸出的影響。為了說明這種影響，我們對400 MHz參考時鐘和100 kHz正弦信號進行了10%幅度調制(AM)。如圖所示，參考時鐘和DDS輸出中存在100 kHz的調制頻率。請注意，參考時鐘和DDS輸出中的雜散引起的頻率偏移是相同的。這是參考時鐘雜散的固有特性。也就是說，無論DDS的控制字是什么，參考時鐘的雜散都會在DDS輸出中表現出相同的頻率偏移。該圖還顯示了參考時鐘雜散如何以20log(x)的關系衰減，其中x指參考時鐘頻率與DDS輸出頻率之比。本例中，我們使用的比值為400 MHz至10 MHz，相當于32 dB。但如果仔細看，圖中顯示的衰減將近38 dB。我們認為另一個6 dB的衰減是由參考時鐘輸入級從調幅(AM)到調相(PM)的轉換引起的，但上述結論和分析是一致的。

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