基于FPGA的DDS+DPLL跳频信号源设计

　　军事通信中，常采用跳频技术来实现通信信息的保密和抗干扰，尤其是应用在通信系统中抗跟踪式干扰方面，它是电子对抗中非常重要的一个研究课题。

　　最初的频率综合器全由模拟电路实现，由于模拟电路存在温度漂移、电网电压等缺点，给系统的同步带来困难。随着大规模、超大规模数字集成电路的发展，在部分应用领域，数字频率综合器逐渐取代了模拟频率综合器。近年来随着FPGA和CPLD技术的迅猛发展，数字频率综合器的实现方式和工作速度都到了本质的改进和提高，可以说数字频率综合器是随着FPGA的发展而发展起来的。

　　1 各个功能模块的组成原理与实现

　　1.1 数字鉴相器

　　在数字鉴相器(异或门鉴相器)中，首先将输入信号与本地估算信号进行比较(其中，输入clock_in基准频率与clk2反馈回来的频率相同，只存在相位差)，从而得到一个表明相位误差的脉冲输出，实际上就是一个异或门。系统框图如图1所示，仿真结果如图2所示。

　　从仿真波形中可以看出：当系统对频率进行锁定的过程中，使可变模计数器产生增脉冲(carry)和减脉冲(borrow)信号，鉴相器输出(xor _out)的是一个逐渐趋于占空比为50%的方波，从而使输入基准频率与反馈频率锁定在一个固定的相位上。

　　1.2 徘徊滤波器

　　徘徊滤波器的作用是平滑鉴相器带来的相位抖动，选用双向计数器来实现该功能，其RTL系统构架如图3所示。在PLL工作过程中，环路锁定时，异或门鉴相器的输出XOR_OUT是一个占空比为50%的方波。因为在DPLL的基本结构中，K变模可逆计数器始终起作用。因此当环路锁定后，如果模数K取值较小，K变模可逆计数器会频繁地周期性输出进位脉冲信号CARRY和借位脉冲信号BORROW，从而在脉冲加减电路中产生周期性的脉冲加入和扣除动作，这样就在脉冲加减电路的输出信号XOR_OUT中产生了周期性的误差，称为“纹波”;如果模数K取值足够大(对于异或门鉴相器，K应大于M/4)，则这种“纹波”误差通过除N计数器后，可以减少到N个周期出现一次。也就是说K变模可逆计数器的进位脉冲信号CARRY和借位脉冲信号BORROW的周期是N个参考时钟周期。只有当本地枯算信号与输入信号的相位误差在同一极性持续增加时，计数器会朝一个方向计数，直到有进位或借位脉冲输出。该脉冲即是数控振荡器的控制信号，用以控制数控振荡器输出的本地估算脉冲的频率与相位。由此可见，由于徘徊滤波器的作用，使得锁相环只有在本地估算信号与输入数字的相位有一定的误差时，才进行调整，以达到平滑噪声干扰带来的相位抖动的目的。

　　若系统失锁，如图4所示，则异或门鉴相器(xor_out)输出的不是一个占空比固定的周期信号。从而使反馈的信号(clock_back)无法跟踪输入的基准信号(clock_in)，即无法形成一个固定的相位差。