頻率合成器在感應通信中的應用

摘要：隨著科技的不斷發展，感應通信系統發展迅速，在目前的感應通信系統應用中，由于使用的工作頻率與控制信號不一樣，因此不可以互相交換使用，給維修和相應產品配套帶來極大的不便。文章主要簡述了頻率合成器在感應通信系統中的應用，并將DDS與PLL兩種頻率作了相應的比較。

關鍵詞：感應通信；線電設備；頻率合成器；DDS頻率

中圖分類號：TN742 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0057-02

跳頻通信本身具有抗干擾和抗截獲的性能，并通過頻率達到資源共享的作用，因此被廣泛應用于抗干擾的通信系統中。它的重要參數就是頻率本身的轉變速度，決定了通信系統抗干擾的能力，特別是在電子對抗中顯得尤為重要。因此，跳頻通信系統的關鍵就在于快速跳頻頻率合成器的設計。隨著科技的不斷發展，頻率合成器也在不斷發展，從以前傳統的直接模擬合成器到鎖相環頻率合成器再發展到今天的直接數字頻率合成器，頻率合成器已經得到了前所未有的發展，滿足了社會各個領域上對頻率快速轉變的需求。

1 頻率合成器的概述

頻率合成器是一種利用高穩定度晶體振蕩器產生一系列頻率的信號的設備。是近代通信系統中無可或缺的部分，也是移動通信設備中的重要組成部分。頻率合成器的發展可以劃分為三個發展階段：

1.1 直接模擬合成器DAS（Direct Analog Sin-thesis）

最早的頻率合成器是直接合成的。也就是利用棍頻、分頻、倍頻以及帶通濾波器直接將一組標準晶體振蕩器所產生的各種頻率經過開關進行頻率的相互混合得到所需頻率的合成器。主要運用在20世紀50年代，現在基本已經完全淘汰了。主要缺點是：隨著轉換的晶體數量越來越多，它的體積就越來越大，經濟性差，維修也變得困難等。

1.2 鎖相環頻率合成器PLL（Phase Locked Loop）

PLL以一個晶體振蕩器作為參考頻率源，利用鎖相環的頻率跟蹤特性，由VCO產生一系列與晶體振蕩器一樣頻率穩定的頻率信號，是一種間接的合成方式，現代高頻電臺經常使用到的頻率產生方式，主要運用在20世紀六七十年代。主要缺點是：體積大、內部結構復雜、調制失真大、無法兼顧接收機的振動頻率以及載波頻率有波動等。

1.3 直接數字頻率合成器DDS（Direct Digital Synthesizer）

DDS是最近幾年才發展起來的頻率合成方法，也是目前最先進的一種頻率合成方法。它的發展立足于集成電路，它具有系統化和大規模化的特征。當今時代，頻率合成的方式多種多樣，其中最常見的一種方式是：可以通過計算機技術以及速度最快的A/D所產生的頻率信號，以此方式奠定了頻率合成器的發展方向。在20世紀70年代初期，DDS頻率合成器的工作原理已經問世，但是因為當時半導體器件的發展水平正處于初級階段，即使在科學家技術作為第一生產力的經濟時代，實用芯片的發展水平已經越來越國際化，但是它的發展水平也是沒有突破100的頻率階段。所以直接數字頻率合成器不能直接應用于移動通信設備中。當今的DDS技術是應用在儀器儀表中標準信號與PLL方式相結合應用的。

2 DDS頻率合成器的基本原理

2.1 基本原理

直接數字頻率合成主要是通過數字化技術控制和位的變化所產生的各種頻率信號。它主要是由波形存儲器、相位累加器以及A/D轉換器組成的。參考時鐘fr是由晶體振蕩器所產生，并通過它來將合成器的各個部件進行同步。而相位累加器則是由N位加法器和N位相位存器共同組成，與簡單的加法器相符。每個時鐘脈沖，加法器把頻率控制字K與相位寄存器輸出的累加相位數據相加，最終把相加后所得的結果送到相位累加器的輸入端。這時，相位寄存器則把加法器推上一個時鐘，將新相位數據再反饋至加法器的數據輸入端，使加法器可以在一個時鐘，并在其作用下把相位數據和頻率控制字相加起來。同時，相位累加器也會在參考時鐘作用下完成線性相位的累加，直到相位累加器加滿，產生次溢出，就完成了一個周期，也就是合成信號的周期，而累加器所溢出的頻率就是DDS的合成信號頻率。

2.2 性能特點

DDS在頻率轉換時間、相對帶寬、正交輸出、集成化以及高分辨率等性能指標上遙遙領先于直接模擬合成器與鎖相環頻率合成器的性能，為系統提供了最為穩定快捷的模擬信號源。（1）輸出的頻率比帶寬輸出的頻率要寬，理論上輸出頻率帶寬是50%fr。（2）頻率轉換的時間較短，頻率轉換的時間就是頻率控制字所需要傳輸的時間，相當于時鐘周期的時間。而且時鐘頻率越高，則頻率轉換的時間就越短。（3）頻率的分辨率非常高，如果時鐘fr的頻率保持不變，那么DDS頻率的分辨率就主要是經過相位累加器的位數N來決定。想要任意小的頻率分辨率，可以增加相位累加器的位數N。（4）相位變化連續。（5）輸出波形的靈活性。

3 PLL與DDS的比較

作為目前最常見的兩種合成器，PLL頻率合成器遠遠要落后于DDS。與DDS不同的是PLL頻率合成器的頻率間隔就是輸出的頻率，如果想要降低輸入的頻率，就必須要對環路濾波器的帶寬進行相應的壓縮，這樣才可以過濾掉鑒相器所輸出電流當中的無用頻率，同時，也使頻率的轉換時間加長了許多。所以，PLL頻率合成器是不可以通過減少輸出頻率的間隔而減少頻率轉換時間，使相位變化得不到連續性以及輸出波形的靈活性。

4 DDS頻率合成器在感應通信中的應用

鑒于感應通信主要應用中波頻段，目前的DDS芯片就可以滿足感應通信的頻率需求。CPU針對調制信號變化進行控制DDS輸出端所需頻率上的調頻，使功率進行放大之后再由天線發射出去；具有調制線性好、結構簡單、調制帶寬大以及失真小等優點。鑒于系統輸入端屬于數字化基帶信號，而輸出端屬于工作頻率的標準信號。因此，這個系統最突出的特性是具有較強的可編程控制。

5 結語

在DDS頻率合成器最初的應用中，由于技術的不成熟，導致DDS元器件的頻率轉換速度的偏慢以及數字化容易引發噪聲。在很長的一段時間里，這兩個缺陷嚴重阻礙了DDS頻率合成器的實際應用和發展。隨著現代科技的不斷發展、現代社會超高速數字電路的不斷發展以及科學對Dns的不斷深入研究求索，DDS頻率合成器的工作頻率越來越快，噪聲的問題也得到進一步的解決，達到了鎖相頻率合成器的最高水平。DDS頻率合成方法相對于其他頻率合成方法更加可靠，控制起來也較為方便，而且頻率分辨率的轉換速度較快，滿足了快速跳頻的通信需求。隨著DDS頻率合成器的不斷發展，現在已經在通訊、雷達、導航、電子對抗、遙控遙測和現代化的儀器儀表中廣泛應用。

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作者簡介：張俊（1990—），男，江蘇溧陽人，國泰精密機件（無錫）有限公司助理工程師，研究方向：PPL頻率合成器的應用。

（責任編輯：劉 晶）