宽带高分辨率频率合成器研制

摘要

现代频率源(频率合成器)能从一个高稳定度和准确度的标准频率产生千百万个同一稳定度和准确度的频率,在通信、雷达、导航、电视、电子侦察、干扰、宇宙航天、遥控遥测以及仪器仪表等许多方面得到广泛应用。频率源的设计直接影响到电子系统的整体性能,被喻为众多电子系统的“心脏”,是电子系统研究的重点之一。频率源的指标包括:频率范围,频率步进,频率稳定度,相位噪声,输出功率,杂散抑制,频率变换时间等。频率源用途、各项指标要求以及指标侧重点的差异,决定了频率源的设计方案和设计方法的多样化。论文来源于具体工程设计,采用一种新颖综合的方式解决了指标要求上的矛盾,并最终实现了要求。论文主要工作有:1.简述了频率合成技术的发展历史,介绍了两种最常用的频率合成技术:直接数字频率合成(DDS)技术和锁相环(PLL)频率合成技术的基本理论,并对这两种方法的技术特点进行分析,尤其针对一些重要指标,如相位噪声,杂散等,进行了详细说明。2.对PLL与DDS混合频率合成技术的各种实现方式进行研究和性能分析,针对课题需要实现的性能指标,综合各种方式的优缺点,提出一种综合实现方案,该方案综合了倍频、分频、DDS激励PLL、混频内插PLL等多个部分。论文围绕几个重要的技术指标,对该方案的可实现性进行论证分析。研究表明,设计方案能满足课题指标要求。3.完成设计方案的实验研究。特别对试验中的器件选择、电路设计仿真、单元电路调试、整个系统联调及其问题进行分析探讨。实际测试结果表明,设计方案能够实现要求技术指标,满足系统要求。4.对工程设计中需要注意的一些问题进行讨论。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 频率合成技术发展概况

1.2 国内外技术发展水平

1.3 课题的主要工作

1.4 章节安排

2 频率合成技术基本理论

2.1 引言

2.2 锁相环路(PLL)

2.2.1 鉴相器(PD)

2.2.2 环路滤波器(LF)

2.2.3 压控振荡器(VCO)

2.2.4 环路的捕获与跟踪性能

2.2.5 环路滤波器对相位噪声和杂散的作用

2.3 直接数字频率合成

2.3.1 DDS 的工作原理

2.3.2 DDS 的性能特点

2.3.3 DDS 的频谱分析

2.3.4 DDS 的相位噪声分析

2.4 本章小结

3 频率合成混合设计方案

3.1 引言

3.2 混合设计方案

3.2.1 DDS 激励PLL 方式

3.2.2 DDS 内插PLL 方式

3.2.3 DDS 与PLL 输出相混频方式

3.2.4 DDS 倍频方式

3.2.5 DDS 阵列合成方式

3.2.6 FNPLL 频率合成方式

3.3 课题指标及综合方案

3.4 系统指标分析及可实现性论证

3.4.1 分辨率

3.4.2 相位噪声

3.4.3 杂散抑制

3.4.4 频率覆盖范围

3.4.5 换频时间

3.5 本章小结

4 实验研究

4.1 引言

4.2 器件的选择

4.2.1 DDS 芯片的选择

4.2.2 PLL 芯片的选择

4.2.3 VCO 的选择

4.2.4 其他重要器件的选择

4.3 硬件电路设计

4.3.1 时钟电路设计

4.3.2 DDS 电路设计

4.3.3 辅锁相环电路设计

4.3.4 主锁相环电路设计

4.3.5 电磁兼容设计

4.4 单元电路调试

4.4.1 时钟电路调试

4.4.2 DDS 电路调试

4.4.3 锁相环电路调试

4.5 系统联调及实际测试结果

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 课题所取得指标的评估

5.2 课题总结

5.3 课题展望

致谢

参考文献