基于PLL和DDS的跳頻信號發(fā)生器設(shè)計
| 任向東，楊斌 |
| （第二炮兵工程學(xué)院， 陜西西安710025） |
| 摘要 作為擴頻通信的一個分支，跳頻技術(shù)越來越多地受到人們的關(guān)注，并且在軍事和日常生活中應(yīng)用越來越廣泛，甚至正在成為軍事斗爭中能否拔得頭等的關(guān)鍵。從基本原理和基本電路出發(fā)，通過對 PLL和DDS 的對比，綜合二者的優(yōu)點，最后介紹了使用PLL+DDS 法實現(xiàn)跳頻信號產(chǎn)生的原理和方法。 |
| 關(guān)鍵字 跳頻；信號源；頻率合成 |
| Design of Jump the Pin Signal Occurrence Machine According to PLL and DDS |
| REN Xiangdong，YANG Bin |
| （Second Artillery Engineering University， Xi'an Shaanxi 710025 China） |
| Abstract As a branch of the frequency-expanding correspondence, frequency-hopping technology is concerned by people more and more, which in military and daily life is applied extensively, even can became a key for raising in military conflict.With the basic electric circuit and the basic principle, pass the contrast toward the PLL and the DDS, synthesize their advantage, finally, output principle and bbbbbb of usage PLL and DDS bbbbbb that realization jump the pin signal is introduced. |
| Keywords frequency-hopping；signal source；frequency synthesizer |
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0 引言
跳頻信號源主要由兩部分組成：控制部分和頻率合成部分。頻率合成部分是跳頻信號源的主要組成部分，頻率合成是利用一個或多個高穩(wěn)定晶體振蕩器產(chǎn)生出一系列等間隔的離散頻率信號的一種技術(shù)，早期的通信系統(tǒng)都是采用調(diào)諧（機械和電子）的方法實現(xiàn)特定頻道上的通信或者從一個頻道轉(zhuǎn)換到另一頻道，這種方法嚴重地限制了通信質(zhì)量的提高。采用頻率合成器后，可以用數(shù)字預(yù)置的方法提供大量精確且能迅速轉(zhuǎn)換的載波信號和本振信號，從而大大地提高了通信質(zhì)量，而且許多新的通信體制也就有可能得到實現(xiàn)。控制部分是人機接口，頻率合成器在控制部分作用下產(chǎn)生所需的頻率。
當(dāng)前DDS（直接數(shù)字合成器）與 PLL（鎖相頻率合成器）混合的技術(shù)方案主要有：頻偏由DDS產(chǎn)生的PLL 合成器和參考源由DDS 提供的PLL合成器兩種，其中電路結(jié)構(gòu)較簡單且應(yīng)用較多的是參考源由DDS 提供的PLL頻率合成器。本設(shè)計方案采用以AD9850作參考信號源的PLL 頻率合成器。
1 DDS+PLL 方案工作原理
由于PLL 合成器的參考基準是由DDS 提供的，它可以做到以10-3 Hz 或10-6 Hz變化，因而整個頻率合成器的輸出頻率間隔可以做得較小；該研究與設(shè)計合成器的輸出頻率精度和頻率切換時間均由DDS決定。由于DDS 頻率切換時間可達到ns級，頻率和相位精度很容易達到10-3 Hz 級，因此系統(tǒng)性能得到顯著改善。
本方案中PLL部分采用大規(guī)模集成電路頻率合成器MC145146，工作頻率及間隔如表1 所列，原理框圖如圖1所示。
將高穩(wěn)定度晶振產(chǎn)生的10 MHz 標準頻率作為DDS 的時鐘信號，由DDS 產(chǎn)生所需頻率，經(jīng)MC145146 的R 分頻器除200，得到參考頻率fR，加到鑒相器PD 上。壓控振蕩器VCO 輸出頻率fo經(jīng)前置分頻器除[P/（P+1）]，計數(shù)器A 和主計數(shù)器M 分頻后，送入鑒相器PD 中與fR進行比相，并使PD輸出誤差電壓。誤差電壓經(jīng)低通濾波器LPF平滑后加到壓控振蕩器VCO上，使VCO鎖定。
MC145146是雙模頻率合成器電路，其內(nèi)部吞除計數(shù)器A和外部前置計數(shù)器P/（P+1）配合，可實現(xiàn)脈沖吞除計數(shù)，從而使合成器的輸出頻率擴展到 VHF波段。脈沖吞除計數(shù)方法簡述如下：計數(shù)開始時，模控制信號MC 為低電平，前置分頻器按P+1 模式工作，A 和M同時計數(shù)。當(dāng)A 計數(shù)計滿后，A 停止計數(shù)，控制邏輯使模控制信號MC 變?yōu)楦唠娖剑爸梅诸l器按P模式工作。M計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，直至M 計數(shù)器計滿，便輸出一個分頻脈沖至鑒相器PD。至此，一個計數(shù)周期結(jié)束。在輸出一個分頻脈沖同時，控制邏輯使計數(shù)器M 和A 重新裝入分頻數(shù)，模控制信號重新回到低電平，前置分頻器重新回到P+1 模式，以便進入下一個計數(shù)循環(huán)。這樣總的分頻數(shù)N為
2 硬件設(shè)計
2.1 DDS 部分
DDS 部分[1]系統(tǒng)框圖如圖2 所示，濾波器采用2~20 kHz 自調(diào)諧帶通濾波器，當(dāng)輸入頻率在寬帶范圍內(nèi)變化時，由于這個寬帶范圍隨不同種類的換能器而不同，所以為了得到最佳噪聲抑制要自動調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率。不要求有參考頻率、內(nèi)部振蕩器及同步電路，調(diào)節(jié)電容器可把頻率范圍按10 進制擴展。當(dāng)濾波器與輸入頻率未調(diào)諧時，相移不是180毅，相位檢測器給FET 的柵極提供誤差信號以控制其漏-源電阻。鑒相器和FET 構(gòu)成濾波器的負反饋環(huán)路，相位誤差可以改變FET 的電阻，從而重新調(diào)諧濾波器到新的中心頻率。
2.2 PLL部分
PLL部分[2]電路原理圖如圖3所示，圖中E12013和74LS74/2 組成雙模前置分頻器[衣（20/21）]。環(huán)路濾波器采用OP-07 構(gòu)成的有源比例積分濾波器。該濾波器具有滯后超前網(wǎng)絡(luò)，其比例特性可以加快環(huán)路捕捉速度，其相位超前特性可以增大環(huán)路的相位穩(wěn)定余量，同時提供鑒相輸出電平與VCO相匹配的增益。
壓控振蕩器是由定時器NE555、運放LM301D 以及無源元件構(gòu)成的簡單而精密的電壓-頻率變換器，其工作過程為：輸入電壓經(jīng)積分后變換成正向斜波輸出，當(dāng)斜波電壓達到2/3E 時定時器NE555 被觸發(fā)，腳3 和腳7 輸出低電平。
這時Q1導(dǎo)通，電容C1 迅速放電，而C3按時間常數(shù)R5C3 放電。當(dāng)定時器的腳2 到達1/3E 時，定時器復(fù)位，腳3、7 輸出為高電平。這時Q1 截止，開始下一個周期。此變換器的回掃時間即放電時間大約為1 滋s，若回掃時間和工作周期相比可以忽略，則頻率與電壓的關(guān)系為
限幅電路控制LPF 的輸出電壓，倍頻電路控制VCO 的輸出頻率以保證所需，對應(yīng)關(guān)系如表2所列。
D/A轉(zhuǎn)換部分將數(shù)字信號變換成模擬信號。
3 結(jié)語
本跳頻頻率合成器由于數(shù)字分頻器及鑒相器均集成在芯片內(nèi)，外接電路有濾波器，VCO，有源低通濾波器及高速雙模分頻器E12013、74LS74，因此整個合成器體積小，外接電路少、調(diào)試方便，另外由于DDS 中應(yīng)用了AD9850，使得系統(tǒng)的精度較高。
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作者簡介： |
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任向東（1983-），男，河南省欒川縣人，助理講師，碩士研究生，研究方向為信號與信息處理。 |
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參考文獻： |
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[1] 周國富. 利用FPGA實現(xiàn)DDS 專用集成電路[J]. 電子
技術(shù)應(yīng)用，1998，（2 ）.
[2] 司朝良. 用AD9850 激勵的鎖相環(huán)頻率合成器[J]. 電子
技術(shù)應(yīng)用，2001，（10）. |
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