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(多图) 新型双环900MHz、1800MHz频段数字调谐系统

作者:电子技术应用/中山大学 电子与通信工程系 王仁发?? 林秩盛?? 陆南昌?? 熊 燕?? 2005年12月28日 ?? 收藏0

??????? 数字调谐系统是现代收发信机的核心,其性能直接影响通信质量的好坏,其主要部分是集成锁相式频率合成器。集成锁相环与微处理器结合,可由微机控制完成频率合成器的全部功能。

  本文实现了一种与常规双环方案完全不同的新双环方案。该方案使用较高的鉴相频率,采用直接数字合成(DDS)芯片,通过改变DDS的时钟频率和频率控制字,使参考鉴相频率产生较小的变化,就能改变环路的输出频率,达到精确频率合成的目的。该方案既解决了小频道间隔与高频谱纯度间的矛盾,又具有高的转换速度;由单片微机完成计算和控制。

????? 1 新方案原理

  系统简化原理图如图1所示。其中B环使调谐器输出频率f0作较大变化,A环为DDS芯片提供时钟频率fc,只要改变A环总分频比NA和DDS的频率控制字,使DDS输出频率fd作小变动,便可使f0以较小间隔频率作步进改变。
??????????? ?????????????? 方案原理图

?????????????????????????????????????????????? ? 图1 方案原理图

  设A、B环中鉴相频率分别为100kHz和300kHz(由晶振与fd分别经参考分频器得到),双模分频与频率合成芯片中的程序分频的总分频比分别为NA和NB, f0=1700MHz~1850MHz, f?0=850MHz~925MHz, △f0=25kHz,则由环路锁定时的频率关系得到△fd=4.16Hz~4.41Hz;所以只要△fd≤4.41Hz,便可使输出的频率分辨率达到25kHz。一般DDS的输出频率间隔做到小于0.1Hz,即可满足本要求。同理,当△f0=±150kHz时(NB每改变1,f0变化300kHz),△fd=±(25~26.47)Hz, 只要fd最大改变量为±26.47Hz,便可使△f0覆盖300kHz。上述表明采用DDS后,完全可使两环路使用高的鉴相频率,可大大提高频率转换速率。

 ?? 上述方案中采用的DDS是一种取样系统,且存在相位舍位误差、幅度量化误差、DAC的非线性引起的误差等,故其输出为复合信号频谱,包含DDS输出频率fd、时钟频率fc及其各次谐波、各种组合频率以及其它虚假信号。根据文献[1]的推导,实际DDS的输出频率ω为:

实际DDS的输出频率
  
  B为从相位累加器N中舍去的低位数,K为频率控制字;mωp为相位舍位产生的杂散,nωc为时钟的各次谐波,lωd为输出的各次谐波。

  其中,fc-fd杂散分量的幅度最大,即输出信号的杂散抑制度决定于该fc-fd的幅度和LPF的带外抑制度。如果fd与fc-fd之间的频率间隔越大,则主频与杂波之间的幅度差就越大,这样就可减小杂波对DDS的影响。一般的晶振频率都不是很高,但是利用锁相环(A环)就可以得到想要的频率,以增加主频和杂波之间的频率间隔。

  另外,在式(1)中,第一项由相位舍位引起,该杂散可以通过选取适当的时钟频率和频率控制字以减小其影响。由式(2)可以看出,当K-int(K/2B)·2B=0,ωp=0,此时相位舍位不会使DDS的输出频谱产生杂散。因此可以利用锁相环(A环)为DDS提供时钟信号。由于A环是锁相环,因此DDS的时钟频率是可变的,可以通过调整DDS的时钟来抑止其杂散,也可通过改变它来改变DDS输出频率, 从而改变整个输出频率。通过软件编程还可以实现跳频的功能。

?????? 2 电路的实现

  整个电路分为A环、DDS单元、B环、二分频单元、单片机控制单元共五个部分。


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数字调谐系统? DDS? PLL? 跳频?

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