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设计和实现了一种高分辨率、低相位噪声、可用于快速跳频的基于∑-Δ调制的小数分频宽频段跳频频率合成器。主工作频率范围为1 800 MHz~1 900 MHz,辅助工作频率范围为600 MHz~820 MHz,在偏离主频10 kHz时相位噪声优于-80 dBc/Hz,非谐波杂散小于-60 dBc,频率分辨率小于100 Hz,换频时间小于50μs,这种新型频率合成器简单实用、性价比高,有广阔的应用前景。
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跳频通信宽频段频率合成器的分析与实现跳频通信宽频段频率合成器的分析与实现
设计和实现了一种高分辨率、低相位噪声、可用于快速跳频的基于∑-Δ调制的小数分频宽频段跳频频率合成
器。主工作频率范围为1 800 MHz~1 900 MHz,辅助工作频率范围为600 MHz~820 MHz,在偏离主频10 kHz时
相位噪声优于-80 dBc/Hz,非谐波杂散小于-60 dBc,频率分辨率小于100 Hz,换频时间小于50μs,这种新型频
率合成器简单实用、性价比高,有广阔的应用前景。
摘摘 要:要: 设计和实现了一种高分辨率、低相位噪声、可用于快速跳频的基于∑-Δ调制的
关键词:关键词: 频率合成器; 小数分频; ∑-Δ调制
跳频技术是一种扩频通信技术,可以提高通信的保密性和抗外界干扰,近年来得到广泛的应用。跳频通信的核心技术之一
就是跳频频率合成技术。锁相频率合成技术具有高频率、宽带、频谱质量好的优点,但其频率切换速率低,输出频率间隔较大
[1]。为了解决整数分频锁相环带来的高参考频率和高频率分辨率的矛盾, 引入小数分频频率合成技术。但与此同时也引入了杂
散噪声,采用模拟相位内插的方法也很难抑制[2]。为了消除输出端的杂散噪声,可以采用调制器以随机模式来选择分频器的
分频值。其优点在于能将产生的量化噪声整形到远离主信号的高频段,再由PLL的低通滤波特性大幅度衰减量化噪声,从而获
得任意小的频率分辨率、极低的相位杂散和快速转换时间[3]。
该方案就是引入∑-Δ调制技术,该技术将过取样噪声整型与数字滤波技术的结合, 小的频率分辨率的实现依赖于电路的速
度。∑-Δ调制频率合成器在小数分频锁相环的基础上,采用全数字式调制技术来抑制小数杂散,设计采用全数字电路来实现调
制小数分频器,利用此方法很好地解决了频率分辨率与相位检波器工作频率之间的矛盾,使环路工作频率有了很好的改善,同
时大大提高了噪声性能。
1 一阶单环一阶单环∑-Δ调制调制
传统小数分频频率合成器中的相位累加器可等效为图1所示形式[4],Y(k)为1 bit量化器输出,取0或1值,取1值表示溢
出,从而控制分频比的变化。而1 bit量化器数学上可用量化误差E1(k)来表征,数学模型如图2所示。
组合图1和图2,可有方程:
图2的Z域模型如图3所示,它就是1个一阶单环∑-Δ调制器的Z域等效模型。
显然,它同相位累加器模型等效,因此用一阶单环数字∑-Δ调制器代替相位累加器功能,传统的小数分频器实质上是采用
了数字一阶单环∑-Δ调制技术来实现小数分频控制的。由图3可导出Z域信号与量化误差的传递关系如下:
式(2)表明数字一阶∑-Δ调制器无衰减地传输了输入信号,对量化误差呈高通特性。但是对于一个给定的分频比,量化误
差是低频的周期性信号,虽然采用过采样技术的数字一阶∑-Δ调制器对量化误差有一定的滤波作用,但十分有限。采用高阶单
环∑-Δ调制方式,让滤波特性呈(1-Z
-1
)
M
形式,从而对量化误差的滤波整形作用可得到极大加强。
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