DDS在低频矢量网络分析仪中的应用?

【摘　要】　在介绍直接数字频率合成（DDS）技术的基础上，给出了一种用DDS技术实现矢量网络分析仪中扫频信号源电路的方案。
    关键词：矢量网络分析仪，扫频信号源，直接数字频率合成

1　引　言
　　在无线电测量中，经常需要测量设备或网络的频率特性，矢量网络分析仪用于测量二端口线性非时变网络的频率特性，包括幅频响应和相频响应。频率特性测量的关键是产生频率步进的信号源，该信号源的频率、幅度及相位应能精确测定。以往的扫频信号源大多是基于压控振荡器（VCO）、函数发生器及锁相环（PLL）技术。这些技术存在转换频率时间长、频率精度不高、硬件耗费比较大等问题。随着超大规模集成电路的迅速发展，由单片微处理机和直接数字频率合成（DDS）芯片为核心构成的DDS扫频信号源应运而生。与其它频率合成方法相比较，DDS技术的主要优点是：分辨率高；频率转换速度快；频率切换时相位保持连续；合成频率准确；全数字化控制，可与微处理器接口。DDS对信号质量的改善在于其系统的相位噪声主要取决于参考时钟振荡器，基本不受系统其他部分的影响。现在，DDS技术已经广泛应用于本振、信号发生器、仪器、通信、雷达等系统。
2　直接数字频率合成（DDS）技术
　　直接数字频率合成DDS（Direct DigitalSynthesis），是一种新颖的频率合成技术。这种技术的实现依赖于高速数字电路的产生，目前，其工作速度主要受D／A变换器的限制。DDS技术就是利用正弦信号的相位与时间呈线性关系的特性，通过查表的方式得到信号的瞬时幅值，从而实现频率合成。为了输出一定频率的信号，在每一个时钟周期中，存储在频率／相位字寄存器中的相位增量值ΔPhase被送到相位累加器中，输出的结果送入正弦、余弦函数表中，通过查询将相位信息转换为对应的正弦幅度值，产生数字化正弦信号。相位增量值ΔPhase与输出信号频率fout和fc参考时钟频率之间的关系为

式中，N是相位累加器的字长。由公式（1）知，相位增量值ΔPhase与输出信号频率fout成正比。
　　由取样定理，DDS所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出频率不要高于时钟频率的33％，以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。
　　扫频信号源频率分辨率fstep直接取决于DDS的频率分辨率Δf，计算公式如下

3　矢量网络分析仪中扫频信号源的构成
　　矢量网络分析仪用来测量二端口线性时不变网络的频率特性。频率特性是一个网络对一系列正弦输入信号的响应特性。如图1所示，被测网络输入幅度为Ai，角频率为ω的正弦信号，对于线性时不变网络，其稳态输出也是正弦信号，幅度为A0，角频率为ω，相角差为Φ。改变ω的大小，可以得到一系列的输入和输出数据，其中，幅频特性A（ω）和相频特性Φ（ω）统称为频率特性。网络分析仪中的扫频信号源为被测网络提供激励，根据测量要求，需产生一系列频率精度高、转换速度快、步进小、相位可控、频率转换时相位保持连续的正弦波。