基于DDS+PLL在电台设计中的应用(2)

　　设计中通常采用数字锁相频率合成法，其基本结构由参考时钟fr、VCO(压控振荡器)、程序分频器(÷N)、PD(鉴相器)、LPF等组成。见图3。

　　当PLL达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦波，则VCO的输出信号频率经程序分频器分频后与输入信号频率相等，它们之间的相位差为一常值。这种状态为环路的锁定状态。此时有：

　　3 基于DDS的频率合成器的设计

　　3.1 电台整机方案

　　该电台工作频率范围为2 MHz～500 MHz，具有调频、调幅(包括单边带)、调相(QPSK)等功能，还可工作于跳扩频方式。在短波频段(2 MHz～30 MHz)要求调谐间隔为10 Hz，其余频段为100 Hz。设计中采用二次变频方案，第一中频取160MHz，第二中频取10.7 MHz。当然，对于160 MHz附近频段，只采用一次变频至10.7 MHz。第二中频以下采用数字化处理。简化原理框图如图4所示。

　　3.2 频率合成器方案

　　频率合成器须输出第一本振、第二本振两路信号。第二本振为固定频率170.7 MHz，选用ADF4001 PLL电路，参考时钟采用14.4 MHz温度补偿晶体振荡器，环路鉴相频率100 kHz。第一本振信号是由14.4 MHzTCXO(温度补偿晶体振荡器)经DDS频率合成器(选用AD9851)产生参考信号，再由PLL电路锁定在工作频率上。原理框图如图5所示。

　　3.2.1 器件的选择

　　选用Analog Devices公司的DDS芯片AD9851，该芯片的最高工作时钟为180 MHz，内部除了完整的高速DDS外，还集成了时钟6倍频器和一个高速比较器。本方案使用14.4 MHz TCXO，经6倍频器产生86.4 MHz参考时钟频率，DDS输出的频率分辨率为：

　　PLL选用National Semiconductor公司的双频率合成器电路LMX2335，其最高工作频率1.1 GHz。

　　3.2.2 工作频率计算

　　以短波频段(2 MHz～30 MHz)为例，第一本振输出频率为：

　　考虑到环路的锁定时间，LMX2335的鉴相频率取200 kHz左右，对于较大范围调整频率，可改变LMX233的程序分频数N，例如：162 MHz～172 MHz，N取14×60=840;172 MHz～182 MHz，N取15×60=900;182 MHz～190 MHz，N取16×60=960。LMX233的参考分频数R固定为60。DDS输出频率控制在11 MHz～13 MHz，可在小范围内调整PLL的输出频率。下面以输出162 MHz为例说明DDS频率控制字K的算法。

　　DDS输出频率为：

　　频率控制字K为：

　　在162 MHz～172 MHz频率范围内，频率误差=0.020 116 567×14≈0.28 Hz。

　　3.2.3 应注意的问题

　　DDS的输出应经过一中心频率为12 MHz、带宽为2 MHz的带通滤波器。具体设计可使用Agilent ADS软件。该电路是高速数模混合电路，在制作印制电路板时，一定要注意数模干扰问题。为此，印制电路板一定要使用4层板。在进行电路布局时，将数字部分和模拟部分分开;将电源层分为数字电源和模拟电源;将地层分为数字地和模拟地。每个有源器件的电源都要加去耦电容，并且尽可能地靠近电源输入处，以帮助滤除高频噪声。

　　4 结束语

　　目前频率合成技术主要有直接频率合成、PLL频率合成、DDS这3种形式。由于PLL方式的频率合成器存在高分辨率和快转换速度之间的矛盾，而DDS方式的输出带宽又有限，因此在设计工作频率宽、调协精度高的频率合成器时，这两种方式均不能满足技术要求。但是，采用DDS+PLL方式，可以满足高精度和宽频带的需要，其实现的难点是如何提高合成器输出频谱纯度。在实际印制电路板制作中，DDS的良好接地和合理布线非常有助于系统设计的实现。