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无线通信DDS驱动PLL的X波段宽带高纯度捷变源设计解决方案


  来源: C114中国通信网 时间:2018-08-31 编辑:思扬
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随着现代无线通信技术的飞速发展,32QAM等调制的应用,对系统的相位噪声性能提出了更高更严格的要求,这就要求系统的载波、本振具有更好的相位噪声指标。另外,为了提高抗干扰能力和接收信号能力,具有宽带、小步进、低杂散的频率源也就变得越来越重要。

直接数字式频率合成源(DDS)驱动锁相环(PLL)方式,近端环路内杂散按20lgN恶化(N为锁相环倍频次数)[1],其电路结构简单,易于实现宽带小步进源,因此得到了广泛的应用,但是其缺点是当倍频次数高时,要获得低杂散的频率合成器,则对DDS芯片输出的近端杂散要求高。

为此,提出了一种改进型DDS驱动PLL的结构,通过合理的设置避开DDS芯片输出近端杂散差的点。同时,采用变带宽环路滤波器设计,实现了基于DDS驱动PLL的X波段宽带高纯度捷变源。


改进型DDS驱动PLL的原理

常规DDS驱动PLL产生宽带信号的原理如图1所示。图1中,DDS作为PLL的激励源,PLL作为跟踪倍频锁相环[2]。



图1    常规用DDS驱动PLL的原理


改进型DDS驱动PLL原理如图2所示:



图2    改进用DDS驱动PLL的原理


主要的改进有:固定DDS参考时钟改进为可变DDS参考时钟;采用具有SpurKiller技术的DDS芯片AD9912;常规BPF改进为窄带电调滤波器;固定分频器改进为可编程分频器;固定环路滤波器改进为可变带宽环路滤波器。

可变DDS参考信号源通过锁相晶振fref产生,输出频率为fddsref,其相位噪声和跳频时间对后面系统起着决定性作用,输出频率fddsref和晶振fref的关系为[3]:fddsref=N1×fref。

DDS电路采用具有SpurKiller技术的AD9912[4]。当DDS芯片输出频率固定频偏处的近端杂散,可以采用SpurKiller技术加以抑制,其思路是给该频偏杂波一个和其相位相反的信号,使其幅度减弱,加以抑制,实验表明该技术可以有效地改善近端杂散(载频50 kHz内)4~6 dB。DDS输出的信号频率为fdds,频率值由fddsref和AD9912的48位频率控制字(FTW)决定。当频率控制字不变时,通过改变fddsref便可以实现DDS芯片输出频率的改变。DDS输出频率fdds与fddsref的关系为(2)fdds=(FTW/248)fddsref。

DDS信号输出后使用窄带电调滤波器,使频谱更加纯净。为了获得高指标的相位噪声和杂散指标,尽量减少PLL的倍频次数,因此尽可能地采用高频率输出的fdds直接鉴相。鉴相器属于敏感器件,fdds的杂波很有可能在鉴相器内与fdds以及空间和电源串扰过来的信号,经过类似混频器的效应,形成最终频率输出fout的近端杂波,难以去除。

可编程分频器主要是配合fdds和满足最终输出频率fout,使fdds的输出具有更大的灵活性。输出频率fout与DDS输出频率fdds的关系为 (3)fout=N2×fdds。

将(1)式、(2)式带入(3)式有:fout=N2×N1×(FTW/248)fref。

当失锁时,采用宽的环路滤波器,进行快速捕获。锁定后,切换到窄的环路滤波器,从而提高系统的跳频时间、杂散以及远端的相位噪声。


改进型DDS驱动PLL电路实现

1. 可变DDS参考源电路实现

DDS参考源的鉴相器采用ADF4193。ADF4193[5]是目前AD公司最快的锁相芯片,当失锁时,电荷泵以锁定时64倍的电荷泵电流进行锁定,锁定后依次关闭,环路内电阻和电容参数不变。锁相源变环路带宽比超过10时,其稳定性设计要经过仿真,在切换的整个过程中,环路都才稳定工作。对整个环路进行计算,然后直接优化,仿真模型如图3所示[6]:

关键词:通信 DDS PLL    浏览量:3730

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