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基于DDS的橢圓函數(shù)低通濾波器的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2010-12-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:是直接數(shù)字頻率合成的重要組成部分,其性能的好壞直接影響整個(gè)的特性。提出一種基于的設(shè)計(jì)方案,該設(shè)計(jì)采用全新的歸一化方法,并使用EDA軟件Multisim2001進(jìn)行仿真,確定了濾波器的結(jié)構(gòu),階數(shù),以及設(shè)置了相關(guān)參數(shù),從而設(shè)計(jì)出截止頻率為160 MHz的7階濾波器。該幅頻特性良好,具有快速的衰減性。因此該設(shè)計(jì)方案可適用于不同頻段、階數(shù)、類型的濾波器設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:直接數(shù)字頻率合成(DDS);低通濾波器;EDA仿真軟件(Multisim2001);歸一化方法

直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)是20世紀(jì)70年代以來推出的一種頻率合成法。隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)發(fā)展,DDS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子、通信、雷達(dá)等領(lǐng)域。DDS是通過改變頻率控制字來改變相位累加器的相位累加速度,在固定時(shí)鐘的控制下取樣得到相位值,由相位幅度轉(zhuǎn)換得到相位值對應(yīng)的幅度序列,該幅度序列再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換及低通濾波后得到模擬的正弦波輸出。
由于DDS自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其輸出信號中含有大量的雜散譜線,產(chǎn)生雜散的主要原因:1)相位截?cái)嗾`差效應(yīng);2)存放ROM中的正弦波幅度量化誤差;3)D/A轉(zhuǎn)換器的非理想特性。在整個(gè)DDS的實(shí)現(xiàn)過程中,低通濾波器除了濾除上述的高頻信號以外還有去除雜散的作用,因此,低通濾波器的濾波特性的好壞直接影響整個(gè)DDS的技術(shù)指標(biāo)。

1 低通濾波器
理想的濾波電路通帶內(nèi)具有最大幅值和線性相移,阻帶內(nèi)幅值為零,但是實(shí)際濾波電路往往難以達(dá)到理想特性,設(shè)計(jì)時(shí)只能根據(jù)具體需要,尋求最佳方案,得到近似理想的濾波電路。濾波器可以分為模擬和數(shù)字濾波器,模擬濾波器又可以分為無源和有源兩種。一個(gè)濾波器是用一組輸入輸出對兒或激勵(lì)一響應(yīng)對兒表征的系統(tǒng)。濾波器的性能用一些參數(shù)來表征,最常用的技術(shù)參數(shù)是頻率響應(yīng),稱傳遞函數(shù)。根據(jù)傳遞函數(shù)的形式,比較普遍的濾波器有巴特沃斯濾波、切比雪夫?yàn)V波和橢圓濾波等。圖1為3種濾波器的幅頻特性的比較。
a.JPG

圖1(a)為巴特沃斯濾波器的幅頻特性曲線,其通帶和阻帶是平坦的,但是其過渡帶太過平緩;圖l(b)為契比雪夫低通濾波器的幅頻特性曲線,其通帶是等波紋抖動(dòng)的,阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大,僅在無限大阻帶處衰減為無限大,過渡帶比巴特沃斯濾波器稍稍陡峭;圖l(c)為濾波器的幅頻特性曲線,其通帶和阻帶都是抖動(dòng)的,但其過渡帶下降迅速,過渡帶很窄。相比橢圓函數(shù)濾波器的性能較好。

2 低通濾波器的設(shè)計(jì)
根據(jù)DDS原理,頻率控制字K和時(shí)鐘頻率f共同決定DDS的輸出頻率fo,它們之間滿足(N為相位累加器的位數(shù))。由奈奎斯特采樣定理,輸出的最高頻率是DDS的時(shí)鐘頻率fs的50%(理論值),但是考慮到低通濾波器的設(shè)計(jì)難度以及對輸出信號雜散的抑制,實(shí)際頻率只達(dá)到40%fs。
AD9954高集成度頻率合成器工作時(shí)鐘可達(dá)400 MHz,該濾波器是建立在AD9954基礎(chǔ)上,由采樣定理可知,AD9954輸出的最高頻率為200 M-Hz,則該低通濾波器的截止頻率為200 MHz。


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