关于DDS的相位噪声和杂散
1.DDS的输出相噪相对参考时钟的相噪有一定改善,其值为-20log(Fr/Fo)dB。Fr是参考频率,Fo是 DDS输出频率,以AD9954来讲,如果参考频率为400MHz,输出频率在最大输出160MHz的时候,相噪 比参考时钟改善了大约-8dB。而PLL是将自己的参考时钟的相噪进行倍数放大。 2.DDS的内部数字电路会使输入时钟的相噪恶化,这个恶化因子最坏的情况为10dB(我不知道这个 值怎么来的,书上是这么讲的),那么通过以上结论可以得出,DDS即使在输出最高允许频率的情况下, 最糟糕的工作情况下,相噪也仅仅是恶化了2dB(DDS输出最高频率一般为参考频率的40%,按照这个 值算出的最高频率下相噪的改善恒定为-8dB,抵消最大10dB的相噪恶化),那么只要保证DDS的输出 频率在参考频率的30%以下,相噪就不会恶化,频率更低的时候,相噪还会被改善。 如此一来,如果我们用PLL作为DDS的参考时钟源,那么只要保证DDS的输出频率低于这个参考的 30%,那么我们就能得到相噪优于这个PLL时钟源的输出。而这个作为参考时钟的PLL,只需要做成定频 的,实现起来要容易些。 由此可见,PLL一般是当做倍频器使用,它将相噪放大了,增益是20倍的倍频比的对数,而DDS是 做分频器使用,相噪被降低了,这个负增益值就是20倍的分频比的对数。 那么,为什么用DDS做本振效果那么差呢,我觉得根本原因不是相噪的问题,因为如果按照上面所 将,把一个低时钟先用PLL倍上去,然后输入DDS分频成低频率,那么最初的时钟源的相噪其实是转了 个圈,没受什么影响,而PLL器件和DDS器件的自身相噪是比较低的(比如LMX2306是-210dB/Hz, AD9954不使用内部PLL时DAC输出相噪是-130dB/Hz)。而对DDS性能影响更大的一个因素是杂散,它 导致了DDS输出频谱不如PLL纯净。杂散取决于很多因素,相位累加器的截断误差,相位幅度转换误差, DAC输出误差和DAC非线性误差,另外还有参考时钟引入的杂散。对于前面4种杂散,主要取决于DDS 芯片的性能,你用AD9954和AD9851得到的结果差别很大,而参考时钟引入的杂散会被DDS内部PLL放 大N倍,N为内部倍频,换算成分贝就是20logNdB,这和相噪的恶化量是相同的(AD9954使用内部20倍 频和不用倍频相噪相差约26dB,刚好是20log20dB)。正是由于对杂散的处理没有做好,是导致DDS信 号质量差的主要原因,另外就是不能使用内部倍频。 因此,在使用DDS的时候,如果用了内部PLL倍频,那么输入时钟的相噪和杂散将被放大相同的倍数。 在座诸位在使用DDS的时候是不是都是用外部低频率时钟+内部倍频?方便是方便了,但是效果其差。另 外,DDS的大部分杂散出现在fr-fo,fr+fo,2fr-fo,2fr+fo,3fr-fo等这些序列的频率上,如果输出频率保持在fr的 30%或40%以内的话,这些主要杂散频率是很容易被LPF滤掉的,那么在座各位在用DDS做输出的时候, 是否做了良好的低通滤波。如果这些都做好了,那么DDS的杂散会降低很多。 最后一点就是DDS的PCB布线,我看了论坛上很多大师布的DDS板,只能说能用,但并不能完全发挥 DDS的性能,如果这样布,根本达不到数据手册给的各种参数,不用4层板,2层就够了,如果认真考虑了 PCB的噪声干扰和EMI问题,性能上质的提高不是空谈。不说别的,就光是一个MCU,对模拟输出的影响 就非常大。干扰并不是靠屏蔽就能解决的,有时候屏蔽也解决不了,最根本的还是良好的PCB布局。 DDS作为这几年新出现的频率合成技术,由于其方便和易用受到欢迎,虽然DDS由于自身原理上的原 因,存在一些性能上的问题,但是,作为业余DIY,是完全可以满足中端需求的。之所以引来很多人的诟病, 是因为很多人对DDS了解的还不够透彻,在DDS的使用上还存在误区。现在高性能DDS的价格也下来了, 如果正确的使用过了AD9954,你还会因为AD9851这样的东西的缺点而对DDS嗤之以鼻吗。虽然相比PLL 系统,DDS在价格上还没有什么优势,但是如果你用PLL来实现同样频率调节精度的系统,要付出的就不 仅仅是钱的问题了吧。