全神贯注,ADI教你如何判定杂散来源!

亚德诺半导体 2019-09-12 16:07

直接数据频率合成器(DDS)因能产生频率捷变且残留相位噪声性能卓越而著称。另外,多数用户都很清楚DDS输出频谱中存在的杂散噪声,比如相位截断杂散以及与相位-幅度转换过程相关的杂散等。此类杂散是实际DDS设计中的 有限相位和幅度分辨率造成的结果。

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其他杂散源与集成DAC相关——DAC的采样输出产生基波和相关谐波的镜像频率。另外,因DAC非理想的开关属性可能导致低阶谐波的功率水平升高。最后一种杂散源是在系统时钟频率的基波与任何内部分谐波时钟(例如,ADI直接数字频率合成器提供的SYNC_CLK)之间产生的混频产物。

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上述杂散噪声的全部已知来源都可根据相对于DDS/DAC输出处基波信号的频率偏移进行预测。以下内容旨在帮助您确定DDS输出信号频谱中的杂散源。如果通过改变DDS频率调谐字使杂散与DDS/DAC相关,则并不难确定杂散源。这是因为改变调谐字时,上述所有杂散噪声的频率偏移均随基波变化。


如何确定DDS输出信号频谱中的杂散源


例如,24 MHz基波有一个72 MHz的三阶谐波。如果DDS系统时钟为100 MHz,则三阶谐波与系统时钟的产物会折回到至28 MHz,与基波仅偏移4 MHz。如果基波增加10 KHz至24.010 MHz,则新的后叠积将偏移基波3.97MHz,这是可以提前预测的。


如果无论频率调谐字如何变化,杂散相对基波的频率偏移均保持不变,则DDS/DAC不是杂散源。相反,如果杂散相对基波的频率偏移随DDS调谐改变而变化,则DDS/DAC很可能是杂散源通过确保频率调谐字变化包括频率调谐字的截断部分和未截断部分,可为发现杂散源带来方便。截断部分一般为调谐字的14位至19位(MSB)。


当DDS频率调谐字发生变化时,相对基波(载波)的频率偏移不发生改变的杂散一般分为两类:

  • 要么以某种方式耦合至DDS电源;
  • 要么是驱动DDS的参考时钟源上的一个元件。


注意,如果DDS的内部参考时钟乘法器(PLL)被启用,则DDS输出同样存在相对于基波的固定边带杂散,其频率偏移等于参考时钟频率。


参考时钟源杂散


图1所示为DDS的500 MHz参考时钟,由一个100 KHz音实现10%的AM调制。该参考时钟源是一款Rohde andSchwartz具有调制功能的SMA信号发生器。图1中的灰色线为无调制条件下的参考时钟。


图1. DDS的500 MHz参考时钟

(由一个100 kHz音(蓝色线)实现10%的AM调制)


图2中,同一100 KHz音以完全相同的频率偏移传输到DDS/DAC输出,不受调谐字频率影响。图2中的频率调谐字表现出四个相互叠加的不同DDS载波。注意,在全部四个载波改变时,参考时钟杂散的频率偏移保持不变;但该杂散的幅度以20 log(x)为单位发生变化,其中,x为参考时钟频率与DDS载波频率之比。


图2. 四个DDS输出载波表现出100 kHz杂散产生的效应,该杂散对DDS的参考时钟(500 MHz)进行AM调制


开关电源杂散


图3和图4展示了DDS电源上的杂散(如开关电源)与DDS输出之间的关系。注意,如前所述,在相对于相同的载波变化时,它们也保持相同的固定频率偏移。



图3. 四个DDS输出载波表现出150 kHz杂散产生的效应,该杂散对DDS的电源进行AM调制


图4为DDS电源的实际时域,其中,一个150 kHz调制音施加于DDS电源之上,以仿真电源开关杂散。



图4. 150 kHz音(16 mV p-p)通过一个函数发生器施加于DDS电源之


DDS参考时钟或电源(一般为AVDD)上的杂散会对DDS输出产生一定的影响。结果,当载波变化时,以载波为中心的边带将保持不变。因此,调谐字发生变化时,如果在DAC/DDS输出中观察到固定杂散,则应检查参考时钟源和DDS电源中是否存在杂散。


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