基于AD9914设计的S波段DDS频率合成器

摘 要介绍了DDS的基本原理及在频率合成器中的应用，分析了各种合成器的特点，并给出了DDS频率源的实例和所达到的性能指标。

【关键词】DDS 频率合成器 合成方式

1 引言

频率源是雷达的、通信、电子对抗等电子系统的实现高性能指标的核心组件，当代先进雷达对动目标的检测和雷达抗干扰能力都要通过先进的频率源来实现。一种好的频率源主要体现在以下几个方面指：相对带宽宽，跳频时间快，相位噪声优，输出信号杂散抑制好等特点。当前情报雷达在对动目标检测和频率抗干扰都有很高的要求，故在雷达接收机设计时频率源的相位噪声的指标尤为重要。雷达如果想具有很好的抗干扰能力，就需要本振的快速捷变，现在很多随着DDS芯片技术的发展和更新的输出频率可以到L波段，对频率源的优化设计带来了新的方案。DDS具有可编程及全数字化等优点得到广泛的应用。

2 DDS的工作原理

DDS的基本工作原理是根据正弦函数的产生，通过相位累加器的累加，不同的相位输出不同的电压幅度值，最后通过低通滤波器平滑输出。

图1 DDS产生的原理框图。

其输出频率与控制字和参考频率之间的关系为：

Fout=FTW×FS/2N

其中FTW：N位频率转换控制字；FS参考时钟频率；Fout：DDS输出频率。当FTW=1时，DDS输出频率Fout为最小输出频率，DDS最小分辨率为：

Fmin=FS/2N

由于芯片工艺的研制所有的DDS芯片的参考时钟频率无法达到很高的频率，虽然采样定理准则允许输出最高达1/2的时钟频率但受滤波器的矩形系数的限制，通常最大输出的频率约在1/3参考频率出。选取DDS芯片是尽量选取D/A位数较多的芯片，从而减少相位截断带来的杂散信号，提高信号输出质量。

3 S波段DDS频率源的研制

我们设计的S波段DDS频率源的框图如图2所示。

恒温晶振输出频率为100MHz信号，功分输出二路，一路送给控制电路作FPGA时钟，另一路送至倍频链产生3000MHz，DDS芯片选用AD9914，参考时钟可达3500MHz，可直接输出L波段信号，但在此设计方案中，考虑到宽带输出信号的带内杂散，故将输出频率设置为300～500MHz，输出杂散电平小于-60dBc，参考时钟Fc为3000 MHz。DDS输出端口加带通滤波器可以有效抑制带外杂散。

倍频电路采用阶跃二极管MP4023进行倍频，通过介质带通滤波器进行提取，然后放大功分二路，一路给DDS做参考，另一路做上变频本振。

混频器选用HMC213，变频损耗为-8dBm，为了使输出杂散小于--60dBc，混频后采用2级介质滤波器级联。为了增加3路本振之间的隔离度在每路输出之路加足够的放大和衰减来增加隔离度。该频率源达以下指标：

频率：3300～3500 MHz；

带宽：5%；

输出功率：10dBm；

跳频时间：1us；

杂散抑制：60 dBc；

跳频步进：1 MHz；

输出路数：3路；

相位噪声：输出频率@1KHz处的相位噪声为-112 dBc/Hz；输出频率@10KHz处的相位噪声为-125 dBc/Hz（见图3）。

此频率源采用数字DDS和倍频S波段源上变频输出，方案简洁，具有本控和遥控改变输出频率等特点。改变一次输出频率只需要1us以内，完全符合了雷达的搞干扰要求同时提供灵活的跳频步进设计。满足雷达动目标检测的要求。若改变参考晶振的频率，或改变倍频的倍频次数即可改变输出频率，适当改变DDS控制软件，此频率源可以输出扫频信号，调频信号或调相信号，整个频率源封装在190×129×30mm盒体内（见图4）。此频率源具有小步进、低相噪、体积小、成本低等特点，在雷达上已经批量使用，效果很好。

4 结束语

本文介绍的S波段DDS频率源，根据实际需要采用了AD9914芯片，该芯片区别于以往芯片，该芯片参考频率高达3500MHz，在输出300～500 MHz中频信号时，具有较高的杂散抑制和很好的杂散。省去了以往由于DDS输出频率较低，带宽较低，往往要通过倍频才能实现输出，但倍频会带来DDS杂散恶化。

作者单位

安徽四创电子股份有限公司 安徽省合肥市 230088