从独特的角度来说DDS和PLL

只看该作者 · 2017-7-17 15:07

本帖最后由 uu5001 于 2017-7-17 15:10 编辑

逛ADI社区的时候，看到两篇博客，讲的是DDS和PLL，觉得挺有意思的，搬过来，大家一起学习下

以下内容来自：https://ezchina.analog.com/thread/16410

您是否曾经因为没有六角扳手而犯难，最后试着使用平头螺丝刀来拧紧六角螺栓？它也能凑合着用，但想必您更希望使用合适的工具来完成工作吧？

好，如果您需要合成一个正弦信号，那么了解一点直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）会有助于您确定最佳解决方案哦~

多数工程师在求学时接触过锁相环（PLL），但DDS不是普遍教授的内容。似乎值得在博客里谈谈。

首先我想就二者的比较优势做一番评论——它们在您的工具箱里均有“一席之地”。下表可作为一个简便的参考：

价格、功耗这几个比较项目想必不需要再做澄清说明，但其余几项相对来说则不那么常见哦~

频率分辨率

您想要一个特定频率的信号，您需要它与确切的频率有多接近？分辨率越高，您便越能接近所需要的频率。

频率捷变性

很多应用只需要一个稳定的输出频率，但有些应用需要在不同频率之间跳跃，还有些应用需要看到一个慢速变化的频率——后面的这些应用需要捷变频率合成器。

相位/幅度分辨率与捷变性

与上述“频率分辨率与捷变性”相同，不过适用于信号的相位或幅度。

你宽频谱纯度

下图作出了简单直观的说明。虽然不是一一对应的比较，但它显示了我要谈到的内容——相比于PLL，DDS的输出频率中有更多（且更大）的频率杂散。可以采取一些措施来解决这个问题。

基于PLL的设计示例（摘自AD9510数据手册）

基于DDS的设计示例（在实验室利用AD9911测得的数据）

频率上变频

两种方法均要求您馈入一个给定频率的参考信号，但如果您试图合成的频率高于此参考频率，那么就是上变频。

公平地说，并没有什么固定规则，表中几乎每一行都有一些微妙之处。这些微妙之处你们想了解吗？JLKeip的下篇博客将深入探讨，敬请期待~

只看该作者 · 2017-7-17 15:11

第二篇博客：https://ezchina.analog.com/thread/16445

这里先谈谈我认为更适合DDS的一些特点。

频率分辨率

这里有几点细微差别…

有一款DDS运行速度为400 MSPS，使用48位调谐字（AD9956），由此得到的调谐分辨率不低于1.42 µHz，不错，其单位是微赫兹。标准PLL的分辨率受限于环路中分频器的深度，比这要差几个数量级。但有一点必须要提，小数 N分频 PLL（N为PLL中反馈分频器的分频系数）能够显著缩小该差距。但使用小数N分频PLL有弊端：输出中杂散会更多，信号抖动更厉害。

还要注意的一点是，标准DDS无法达到许多精确比率。在标准DDS频率公式中，分母总是2的幂。例如，若采样时钟为200 MHz，您可以精确地获得50 MHz频率(/4)，但不能精确地获得40 MHz频率——会有一点偏差：如果使用的是AD9956，那么结果要么是比 40 MHz 少 0.142uHz，要么是比 40 MHz 多 0.568uHz。

标准PLL可以相当轻松地实现这些精密比率。因此，如果您需要精确的比率，应避免使用标准DDS。但是，这并不意味着您需要全然规避DDS，其实DDS也有其优势，比如可编程模数！

可编程模数DDS（我亲切地称之为 P-MOD）是DDS领域一项相对较近的创新。P-MOD DDS允许您改变DDS公式，使分母不再局限于2的幂。任何PLL在频率分辨率上都不及P-MOD DDS（如AD9913、AD9914、AD9915、AD9164）。我认为这是它的固有特性。我想我会在未来撰写更多有关P-MOD的博客，敬请期待~

回到上面的40 MHz例子，勤奋的工程师可能会设计一个采用跳频的系统，80%的时间位于比40 MHz低一点的频率，20%的时间位于比40 MHz高一点的频率，这样不仅能得到一个平均频率为40 MHz的信号，而且模仿了P-MOD的内部工作机制。

频率捷变性

PLL也有办法引入变化的频率，但不那么好控制，而且可重复性也不如DDS提供的数字方法。

跳频可利用两个并行PLL和一个开关实现（称为乒乓式PLL——无需桌子、球拍或网），但要么您需要为每个可能希望调到的频率使用一个完整PLL，要么您需要留出一定的建立时间以便改变旁路PLL的频率。

您也可以利用环路中的可变分频器扫频，但这样做的可控性或可重复性远不如DDS扫频。

相位分辨率与灵活性

在模拟PLL中，任何相位调整的结果都是遍历环路，所以它不是像DDS那样的精确可重复变化。数字PLL可提供一定程度的相位调整能力。

幅度分辨率与灵活性

幅度不是PLL所改变的参数。