隨著數字技術的飛速發展，使頻率合成技術也躍上了一個新的台階。傳統的頻率合成器，通常從一排晶體振蕩器產生的各種頻率通過開關進行頻率混合，或者採用鎖相(PLL)技術實現頻率合成。如在20世紀80年代初研製使用的頻率合成器即是PLL技術，其原理如圖1所示。












該合成器是由程序分頻器、鑒相器及壓控振蕩器3大部分組成，從晶振束的100kHz標準信號經100分頻后得1 kHz的基準頻率fR，壓控振蕩頻率f1通過程序分頻得到頻率fM，fM和fR同時加到鑒相器進行比較。只有當fR和fM完全同頻同相時，環路平衡被鎖定，即fR＝fM。可見，當環路鎖定時，壓控振蕩器的輸出頻率完全決定於程序分頻器的分頻比，即f1＝M·fR，只要改變分頻比M，便可使f1改變，從而得到所需的各個頻率點。在此合成器中，從2.5～4.2MHz頻段內，產生43個頻率點。



使用PLL技術實現的頻率合成器在性能上較之RC，LC振蕩源有很大提高，但外圍電路複雜，且受外界干擾，解析度難以提高，其他指標也不理想。近年來，數字化可編程頻率合成器(簡稱DDS)的出現，使頻率合成技術大大地前進了一步。1996年推出的DDS9850頻率解析度為0.029 l Hz，頻率準確度可控制到，噪音電平-70 dB以下，諧波失真衰減4 x 109≥55 dB，先進的CMOS工藝不僅使AD9850性能一流，而且功耗小，在3.3V供電時，僅為155mW，其基本結構框圖如圖2所示。












圖2中正弦查詢表是一個可編程存儲器(PROM)，存有一個或多個完整周期的正弦波數據，在時鐘Fc的驅動下，地址計數器逐步經過PROM，地址中相應的數字信號輸入到N位數模轉換器(DAC)的輸入端，DAC輸出模擬信號，經低通濾波器(LPF)，可得到一個頻譜純凈的正弦波。



系統的核心是相位累加器，他由1個加法器和1個N位相位寄存器組成，一般為24～32位，每束一個時鐘Fc相位寄存器以步長M增加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加，然後輸入到正弦查詢表地址上，正弦查詢表包含一個周期正弦波的數字幅度信息，每個地址對應正弦波中0°～360°範圍的一個相位點。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號，驅動DAC輸出模擬量。



相位寄存器，每經過2N/M個fc時鐘后回到初始狀態，相應的正弦查詢表經過一個循環回到初始位置，整個DDS系統輸出一個正弦波，周期為了T。＝Tc·2N／M，頻率fout=M·fc／2N，相位累加器輸出N位並不全部加到查詢表，而要截斷僅留高端13～15位，減小了查詢表長度，但並不影響頻率解析度。DDS9850控制簡單，可用8位并行口或串列口直接輸入頻率、相位等控制數據，其工作原理如圖3所示。












他採用32位相位累加器，截斷成14位，輸入正弦查詢表，查詢表輸出截斷成10位輸入到DAC。DAC輸出2個互補的模擬電流接到濾波器上，外接1個電阻RSET調節DAC滿量程輸出電流，其調節關係是ISET＝32(1.248 V／RSET)，滿量程電流為10-20 mA。DDS9850內部有高速比較器接到DAC濾波輸出端，就可直接輸出一個抖動很小的脈衝序列，此脈衝輸出可用作ADC器件的採樣時鐘。DDS9850用5位斷據位元組控制相位，允許相位按增量180°, 90°，45°，22.5°，11.25°移動或進行組合。



DDS9850有40位寄存器，32位用於頻率控制，5位相位控制，1位電源休眠功能，2位廠家保留測試控制，這40位控制字可通過并行方式或串列方式裝入到DDS9850。在并行裝入方式中，通過8位匯流排D7～D0重複5次裝入寄存器，在FQ-VD上升沿把40位數據從輸入寄存器裝入到頻率和相位及控制數據寄存器，從而更新DDS輸入頻率和相位，同時把地址指針複位到第一個輸入寄存器。在串列裝入方式中，W-CLK上升沿把25腳(D7)的一位數據串列移入，移動40位后，用一個FR-VD就可以更新輸出頻率和相位。



以上介紹了DDS9850的原理，從使用的角度來看，數字化可編程頻率合成器不僅從電路設計上較以前傳統的頻率合成器有了很大的改變，而且在現場使用中也可以根據送入的數字控制信號得到所需頻率的信號輸出，同時輸出信號的指標也較傳統的頻率合成器有了很大的提高。 我們已經把DDS9850用在HX-11傳輸測試儀中，該傳輸測試儀是針對電力載波通信而設計的，主要用於電力載波線的電平、增益、衰減、防衛度等特性的測試，還可作電平指示、頻譜分析和導頻測量。在儀器的設計上，一方面採用了LCD全漢字顯示，使操作非常方便；另一方面應用了DDS技術，使穩定性和頻率精度提高。其原理如圖4所示，DDS9850在電路中作為本振產生頻率和相位可調的-9 dB正弦波信號fdds，輸入頻率信號經放大或衰減后得到-40 dB的電平信號，此信號與本振信號進行混頻，然後送到窄帶帶通濾波器(LPF)，輸出的信號再經整流，得到直流輸出。當DDS9850產生的頻率與輸入頻率的差值等於窄帶帶通濾波器的中心頻率時，濾波器有一定的輸出，否則，濾波器輸出為0。這樣只要測量經過整流過的直流信號電壓，就可將輸入信號的頻率、幅度、穩定性測量出來。運用此方法，關鍵在於本振信號的產生。傳統上採用LC模擬電路或PLL技術來實現頻率合成，在頻率的精確定位上不易實現，從而造成精度不高、測量不方便等因素，使整機的精度和使用都達不到理想水平。現在採用了數字化可編程頻率合成器DDS9850后彌補了這些缺點。

由於DDS9850外圍設計簡單，控制方便，並且輸出信號純凈，幾乎不含雜訊，非常適合精確頻率合成方面的應用。在實際使用中，數字化可編程頻率合成器DDS9850還可應用於信號發生器、掃頻儀或通訊載波領域中。