基于DDS技术扫频信号发生器的设计开题报告

1. 研究目的与意义

在电子测量中经常遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题，这时就需要用到扫频仪，扫频信号发生器在扫频仪的系统中是至关重要的，能否输出稳定可控的扫频信号直接关系到扫频仪的性能。传统的扫频压制干扰设计因引入锁相源，硬件带来了与生俱来的弊端，所以无法满足波形频率的宽频带覆盖和宽频带内高质量的幅频特性。而DDS是继直接频率合成技术和锁相环式频率合成技术之后的第三代频率合成技术，随着超高速Si、GaAs器件的发展，目前因其具有精度高、变频速度快、控制灵活、实现方便等优点而被广泛应用。针对传统函数波扫频干扰无法实现慢扫的缺点，本毕业设计提出用DDS跳频的方法来实现函数波扫频。用DDS合成频率源是目前很高级的技术，研究该信号源有比较重要的理论意义和现实意义。

2. 国内外研究现状分析

信号发生器作为电子测量系统中应用最为普遍的电子测量仪器之一，是工业控制、教学科研常用的基础仪器。扫频信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。早期的信号发生器因为结构复杂，功率较大，电路稳定性差等原因发展缓慢。自六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，尤其是随着数字技术(如直接数字合成技术（DDS)引入信号发生器之后，功能大大增强，也必将使得信号发生器在信号合成、仪器仪表、现代通信、软件无线电等领域得到更加广泛的应用。AV1464为中国电科41所最新推出的高性能系列合成扫频信号发生器产品，在250kHz～67GHz的频率范围内具备业界顶级性能的边带相位噪声。具有出色的频谱纯度、超宽频率覆盖、高精度模拟扫频、大动态范围高精度功率输出，内部标配双通道内调制发生器和复杂脉冲发生器，可提供性能优异的AM、FM、ΦM调制功能以及脉冲调制能力。该信号发生器采用系列化设计，有四种型号可供选择，分别为AV1464A 250kHz～20GHz、AV1464B 250kHz～40GHz、AV1464C 250kHz～50GHz和AV1464 250kHz～67GHz。该产品采用中/英文操作界面，TFT大屏幕真彩液晶显示，适合国内外用户的需求，既是理想的本振源和时钟源，也是高性能的合成扫源，还可产生高质量模拟仿真信号。主要用于电子系统性能综合评估、高性能接收机测试和元器件参数测试等方面，适用于航空、航天、雷达、通信以及导航设备等众多领域。

1971年，美国学者j.Tierney 等人撰写的"A Digital Frequency Synthesizer"-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时的技术和器件水平，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故未受到重视。近 10 年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis 简称 DDS 或 DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、 可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。频率合成器在国外已经发展得比较成熟，形成了各种类型的锁相式整数频率合成器、锁相式分数频率合成器、直接数字频率合成器、双环或多环锁相式频率合成器、DDS与PLL混合式频率合成器等完整系列品种，满足了通信、数字电视等领域的需要，形成了巨大的频率合成器市场。其中美国ＡＤ公司生产的DDS系列芯片由于内置高精度DAC且性价比极高，应用非常广泛。AD9858内置一个10位DAC，工作速度达1GSPS，能够产生最高400 MHz的频率捷变模拟输出正弦波，高达32位的频率分辨率，外部时钟速率高达2GHz，AD9912内置14位DAC，工作速度达1GSPS，支持48位频率调谐字，频率分辨率低于4μHz。QUALCOMM公司的Q2334、Q2220和Q2230系列DDS芯片，其中Q2334时钟频率50MHz，其数字杂散信号电平低于-76dBc。美国 National S emiconductor的LMX 243X锁相式频综芯片的噪声基底已经达到 - 219 d Bc / H z ,而ADI 公司的A DF 4107工作频率可以达到7 G H z 。目前,国内还没有生产单片双环或者多环锁相式频综的能力。目前D DS的杂散一般可以做到 - 70d B 左右 。A D 公司生产的单片集成D DS芯片A D9858采样频率达到1GHz ,最大输出为400MHz 。本世纪初出现的R O M -L E S S的DDS方式 ,降低了电路功耗 ,是直接数字频率合成中最前沿的技术。由于频率合成器的研发技术难度大，国内研发技术还不够成熟，在通信、数字电视、频率源等领域所使用的频率合成器大部分还是依赖于进口。国内开发频率合成器的单位主要有北京普源精电科技有限公司、中国电科41所等。华润微电子公司生产的CSCI145151锁相环频率合成器，具有低功耗，电压范围宽等。41所致力于先进测试信号发生技术的研究，可在100kHz~170GHz的频率范围内，提供业界顶级水平的测试激励信号解决方案，产品涵盖模拟信号发生、矢量信号发生、捷变频信号发生以及复杂信号模拟仿真领域，产品类型有合成信号发生器、合成扫频信号发生器、矢量信号发生器、捷变频信号发生器、信号模拟仿真器、倍频源模块和功率放大器等。，国内北京普源精电科技有限公司DG3000内置14位DAC，最高输出频率达120MHz，频率分辨率1μHz。上海爱仪电子设备公司的AD1650产品，其输出频率范围为100μHz~40 MHz，信号失真小，输出稳定。北京科奇公司KH1460频率为5kHz~50MHz范围，频率分辨率达0.1Hz。2009年中科院微电子所微波器件与集成电路研究室（四室）H B T超高速电路小组在刘新宇研究员和金智研究员的带领下研制成功两基于1μm GaAs HBT工艺的8bit超高速直接数字频率综合器（Direct Digital frequency-Synthesizer, DDS）芯片DDS1和DDS2。据测试结果表明，DDS1可在大于10GHz内部时钟频率下正常工作，DC～5GHz输出频率范围内的无杂散动态范围为26dBc；DDS2可在大于5GHz内部时钟频率下正常工作，DC～2.5GHz输出频率范围内的无杂散动。这两款超高速DDS芯片的研制成功，不仅大大提升了国内DDS电路的最高频率，同时也显示了其在当前国际上GaAs HBT基DDS芯片时钟频率的最高水平。同时，国内采用0.35μm常规互补金属氧化物半导体电路(CMOS)工艺,研制出合成时钟频率达2GHz的新一代ROM-LESS DDS高速芯片。

3. 研究的基本内容与计划

（1）研究dds的基本工作原理、特性和功能

（2）设计基于dds技术的扫频信号发生器

（3）应用虚拟仪器labview对其进行仿真分析

4. 研究创新点

（1）本系统主要由单片机、DDS直接频率信号合成器、数字衰减电路、真有效值转换模块、A/D转换模块、数字积分选择电路等部分组成。单片机AT89S52是整个系统关键部分，通过对键盘进行扫描读入相位信息，经转换后输出到DDS芯片AD9851，输出波形。键盘输入的数字信息经AT89S52控制的LCD1602显示。

（2）本系统具有频率分辨率高，频率变化速度快，输出相位连续，频带宽，幅频特性好，集成度高等优点。