神马文学网正弦结构：构成精密振荡器的DDS技术
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/05/01 11:28:44
正弦结构：构成精密振荡器的DDS技术
2005-08-02 点击:2872
象限折叠并不是唯一的减少PROM空间的方法。一些DDS设计者曾采用过以下方法，即：可用泰勒级数的前几项来近似正弦函数。这种方法虽对早期设计不实际，但却大大地降低了后续几十年间使该方法变得可行的计算资源成本、规模与功能要求。
要求在调谐范围内幅度具有高度平坦的应用，亦可使查寻表变长。采样系统利用正弦传输函数，可使过采样率远大于奈奎斯特极限所允许的采样率。例如，12:1的采样速率比信号速率可导致大约0.1dB的衰减。而将此比率减少至6比1则会使衰减增加至0.4dB。在奈奎斯特采样率上，衰减可达到3.9dB。为在不延长查寻表长度的前提下提高系统在正弦特性所提供范围内的幅度平坦度，以适应高过采样率，一些DDS设计在查寻表与DAC的输入之间引入了反转正弦滤波器（图2）。这种方法可在高达0.4 MHz的角频上提供±0.1 dB的幅度平坦度。
在降低DDS性能的误差源中，很多都来自于DAC及其信号环境。包括由DAC结构中非同时开关时间所引起的假信号能量、由位加权误差及其最坏情况累加所引起的DNL（差分非线性）与INL（积分非线性）误差、以及由印制板布局中和DAC中寄生耦合机制所引起的时钟馈通等（见附文，供进一步研究用：EOEM 在线 RFIC布局指南）。其它误差项则来源于舍位——用数字形式表现连续现象（如相位及频率等）所具有的必然结果。这些误差项会在DDS频谱中产生毛刺。假设设计在DDS的各个级上均遵守对字宽的一定约束，则舍位毛刺会以可计算的幅度出现在可预测的频谱位置上（参考文献2）。
调制方法在发展中
NCO的流行源自于其简单、很少的飘移项以及可保持连续相位与恒定幅度、并能提供灵活的可调谐性能力。DDS可在只增加很少复杂性的前提下实现各种调制方案；在IC实现情况下，所需的其他电路常常都是能与DDS集成的。
但一些调制方法可将性能需求置于一眼就能看出不能指望的地步。例如FSK（频移键控制）调制即需要一种允许输入数据流修改调谐字的架构（图3）。这里：
其中dI(T) 为采样时间T的输入数据，调制方案的变化，例如GMSK（高斯最小频移键控）以及斜线FSK调制等，都不可能抓住调谐字Δθ，相反，它们需要有足够的控制接口带宽并通过数值之间的算法转移在频率转换期间支持频谱成形（参考文献3）。
在转换期间的频率分辨率极限下，这种结构会跟踪代表动态信号的数据流，在这一点上您实际上拥有数字调频。在数字FM调制器中，加法器取代了原始FSK寄存器对的位置（图4）。累加器在载波调谐字与输入数据流之和上运作：
其中ΔθC为载波调谐字，dI(T) 为调制输入数据流。
同样，加法器也有助于构造一种基于DDS的PSK（移相键控）调制器，但在这种情况下，是将求和运用于累加器输出而不是（像调频那样）运用于累加器输入：
增加的电路很容易与其他所需的DDS逻辑块相集成（图5）。尽管在概念上比调频简单，但数字调幅却需要在DAC前面增加一个乘法器级，从电路观点来看，这比数字FM调制器所采用的加法器更复杂。由于DAC为混合信号乘法器，故DDS还能形成一个用于模拟信号输入的AM调制器，前提是须有适当的信号调整以及与DAC参考源电压相加（图6）
虽然您能从市场上买来DDS IC作为时钟源，或以仪表形式作为精密时间基准，但它们正越来越多地以模块形式出现在集成度更高的器件中（尤其在数字通信领域）。（要阅读介绍DDS结构的原始论文，请参见参考文献4。）
参考文献：
1, “A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis,” Analog Devices, 1999.
2, Goldberg, Bar-Giora, Digital Frequency Synthesis Demystified, LLH Technology Publishing, 1999.
3, “Electromagnetic Compatibility Aspects of Radio-based Mobile Telecommunications Systems Final Report,” University of Hull, 1999.
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2005-08-02 点击:2872
象限折叠并不是唯一的减少PROM空间的方法。一些DDS设计者曾采用过以下方法，即：可用泰勒级数的前几项来近似正弦函数。这种方法虽对早期设计不实际，但却大大地降低了后续几十年间使该方法变得可行的计算资源成本、规模与功能要求。
要求在调谐范围内幅度具有高度平坦的应用，亦可使查寻表变长。采样系统利用正弦传输函数，可使过采样率远大于奈奎斯特极限所允许的采样率。例如，12:1的采样速率比信号速率可导致大约0.1dB的衰减。而将此比率减少至6比1则会使衰减增加至0.4dB。在奈奎斯特采样率上，衰减可达到3.9dB。为在不延长查寻表长度的前提下提高系统在正弦特性所提供范围内的幅度平坦度，以适应高过采样率，一些DDS设计在查寻表与DAC的输入之间引入了反转正弦滤波器（图2）。这种方法可在高达0.4 MHz的角频上提供±0.1 dB的幅度平坦度。
在降低DDS性能的误差源中，很多都来自于DAC及其信号环境。包括由DAC结构中非同时开关时间所引起的假信号能量、由位加权误差及其最坏情况累加所引起的DNL（差分非线性）与INL（积分非线性）误差、以及由印制板布局中和DAC中寄生耦合机制所引起的时钟馈通等（见附文，供进一步研究用：EOEM 在线 RFIC布局指南）。其它误差项则来源于舍位——用数字形式表现连续现象（如相位及频率等）所具有的必然结果。这些误差项会在DDS频谱中产生毛刺。假设设计在DDS的各个级上均遵守对字宽的一定约束，则舍位毛刺会以可计算的幅度出现在可预测的频谱位置上（参考文献2）。
调制方法在发展中
NCO的流行源自于其简单、很少的飘移项以及可保持连续相位与恒定幅度、并能提供灵活的可调谐性能力。DDS可在只增加很少复杂性的前提下实现各种调制方案；在IC实现情况下，所需的其他电路常常都是能与DDS集成的。
但一些调制方法可将性能需求置于一眼就能看出不能指望的地步。例如FSK（频移键控制）调制即需要一种允许输入数据流修改调谐字的架构（图3）。这里：
其中dI(T) 为采样时间T的输入数据，调制方案的变化，例如GMSK（高斯最小频移键控）以及斜线FSK调制等，都不可能抓住调谐字Δθ，相反，它们需要有足够的控制接口带宽并通过数值之间的算法转移在频率转换期间支持频谱成形（参考文献3）。
在转换期间的频率分辨率极限下，这种结构会跟踪代表动态信号的数据流，在这一点上您实际上拥有数字调频。在数字FM调制器中，加法器取代了原始FSK寄存器对的位置（图4）。累加器在载波调谐字与输入数据流之和上运作：
其中ΔθC为载波调谐字，dI(T) 为调制输入数据流。
同样，加法器也有助于构造一种基于DDS的PSK（移相键控）调制器，但在这种情况下，是将求和运用于累加器输出而不是（像调频那样）运用于累加器输入：
增加的电路很容易与其他所需的DDS逻辑块相集成（图5）。尽管在概念上比调频简单，但数字调幅却需要在DAC前面增加一个乘法器级，从电路观点来看，这比数字FM调制器所采用的加法器更复杂。由于DAC为混合信号乘法器，故DDS还能形成一个用于模拟信号输入的AM调制器，前提是须有适当的信号调整以及与DAC参考源电压相加（图6）
虽然您能从市场上买来DDS IC作为时钟源，或以仪表形式作为精密时间基准，但它们正越来越多地以模块形式出现在集成度更高的器件中（尤其在数字通信领域）。（要阅读介绍DDS结构的原始论文，请参见参考文献4。）
参考文献：
1, “A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis,” Analog Devices, 1999.
2, Goldberg, Bar-Giora, Digital Frequency Synthesis Demystified, LLH Technology Publishing, 1999.
3, “Electromagnetic Compatibility Aspects of Radio-based Mobile Telecommunications Systems Final Report,” University of Hull, 1999.
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