DDS的杂散分析和相位噪声

随着射频技术的发展，许多技术得到了越来越多的开发和应用，DDS就是其中广泛应用的技术之一。DDS是指一种从固定频率参考时钟源产生正弦波的数字技术。与传统的频率合成器相比，DDS具有成本低、功耗低、分辨率高、转换时间快等优点。它广泛应用于电信和电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键技术。参考时钟源的动态性能将直接影响DDS的输出频谱。今天，我们将详细了解一下DDS技术。DDS的输出频率是数字可调的，频率分辨率低于1 Hz。输出正弦波的相位是数字可调的，这对于需要多个DDS相互同步的应用非常有用。不存在由温度漂移或元件老化引起的误差。DDS的优点DDS输出的基频必须低于参考时钟频率的40%。这一限制是为了完全滤除DDS输出频谱中的镜像频率。DDS的基频幅度会随着输出频率的增加而降低，但有些DDS内置了数字反SINC滤波器来克服这种影响。由于DDS输出的正弦波是通过数字采样方法产生的，用户必须允许一定程度的失真。也就是说，这个正弦波的频谱并不理想。DDS由三部分组成：累加器，它是一个数字模块，包括一个带反馈的加法器。幅度转换器将数字相位值转换成数字幅度值。数模转换器(DAC)，将输入的数字幅度值转换成比例的模拟输出，对应的连续模拟信号可以是电压或电流的形式。

这里有两点需要注意。第一点是角度-幅度转换器输入端的相位截断，第二点是角度-幅度转换器输出端的幅度分辨率有限。下面分析两个方面，即有限的相位和幅度分辨率如何调制DDS输出。

根据DDS的输出频谱，必须采用某种滤波方法来衰减镜像频率。DDS评估板上通常使用5阶或7阶低通椭圆滤波器，滤波器的转折频率设置为DDS最大时钟频率的40%左右。DDS的局限频率规划的主要内容包括：确定DDS的主要杂散源。在本节中，您将看到确定主要杂散源的框图。DDS参考时钟性能的重要性。我们将给出这方面的一些光谱图。使用简单的公式或模型来预测DDS所有最大杂散的频率位置。几乎所有DDS杂散都很容易确定。相位截断杂散、相位幅度转换杂散和参考时钟杂散的幅度估计。我们可以非常近似地得到这些杂散的幅度。DAC杂散可以使用一个简单的模型。数字开关的寄生馈电信号。后面还会有这方面的频谱图。目标是获得最大的SFDR。

该框图揭示了四个主要杂散源。它们是参考时钟源、相位截断、角度幅度转换和DAC非线性。我们将详细讨论每个杂散源，它们产生的杂散的频率位置是可以预测的。参考时钟对DDS输出的影响：1)参考时钟的性能会直接影响DDS的输出性能。2)参考时钟的杂散频率将以相同的固定频率偏移传输到DDS的输出端。3)参考时钟的噪声将以同样的方式传输到DDS的输出端。4)参考时钟杂散或DDS输出噪声的幅度会随着控制字的减小而减小，可以用下面的公式表示：dBc=-20 log(参考时钟频率/DDS输出频率)5)如果使用内置参考时钟乘法器，参考时钟的所有噪声和杂散都会按照下面的公式在PLL环路带宽内被放大：dBc=20 log(参考时钟的倍频为4-20倍)。如果参考时钟已知，

在该频谱图中，参考时钟频率和DDS输出频率叠加在一起，其中参考时钟频谱由蓝色曲线表示，为400 MHz，DDS输出频谱由绿色线条表示，约为10.1 MHz。这种叠加的目的是反映参考时钟杂散对DDS输出的影响。为了说明这种影响，我们对400 MHz参考时钟和100 kHz正弦信号进行了10%幅度调制(AM)。如图所示，参考时钟和DDS输出中存在100 kHz的调制频率。请注意，参考时钟和DDS输出中的杂散引起的频率偏移是相同的。这是参考时钟杂散的固有特性。也就是说，无论DDS的控制字是什么，参考时钟的杂散都会在DDS输出中表现出相同的频率偏移。该图还显示了参考时钟杂散如何以20log(x)的关系衰减，其中x指参考时钟频率与DDS输出频率之比。本例中，我们使用的比值为400 MHz至10 MHz，相当于32 dB。但如果仔细看，图中显示的衰减将近38 dB。我们认为另一个6 dB的衰减是由参考时钟输入级从调幅(AM)到调相(PM)的转换引起的，但上述结论和分析是一致的。

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