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基于Sigma-delta调制器的小数N频率综合器设计的中期报告

摘要：

小数N频率综合器是现代通信系统中广泛应用的一种频率调制技术，可以根据需要生成高稳定度、可重调频率的信号。本文介绍了基于Sigma-delta调制器的小数N频率综合器的设计思路和实现方法，并进行了初步的仿真和实验验证。通过对Sigma-delta调制器的原理分析和设计优化，实现了较高的调制精度和稳定性，以及较低的相位噪声和杂散频率响应。未来还将进一步优化电路结构和性能指标，提高小数N频率综合器的应用性和市场竞争力。

关键词：

小数N频率综合器；Sigma-delta调制器；调制精度；稳定性；相位噪声；杂散频率响应；电路结构；性能指标；应用性

1、引言

小数N频率综合器是一种广泛应用于通信、雷达、测量等领域的高性能频率调制技术。它能够根据需求生成高质量、高稳定度、可重调频率的信号，可以实现多种模拟调制和数字调制方式，具有广泛的应用前景和市场需求。

Sigma-delta调制器是一种重要的数字信号处理技术，它具有高精度、高速度、高可靠性、低成本等优势，广泛应用于小数N频率综合器、A/D和D/A转换器、电源管理、自适应控制等领域。本文基于Sigma-delta调制器的优良特性，设计了一种小数N频率综合器，并进行了初步的仿真和实验验证。

2、设计原理和方法

小数N频率综合器的基本原理是利用分数分频和相位累积技术实现可调频率输出。具体来说，将一个时钟信号分频为M/N，其中M为整数，N为小数，然后通过相位累积器累积相位值，将累积器输出作为频率合成器的输出信号，实现可调频率输出。其中，分数分频器的作用是将时钟频率分为若干段，相位累积器的作用是将各个分频后的信号相位累加起来，从而实现可控频率合成。

Sigma-delta调制器是一种基于过采样和噪声调制的数字调制技术。其主要原理是将待调制信号经过低通滤波器和高频量化器后，通过串联积分器和延迟器构成的反馈网络，不断调整信号的动态范围，使其噪声功率向高频移位，从而有效抑制噪声干扰和编码失真，并且能够实现高精度的数字调制和重构。

基于以上原理，本文设计的小数N频率综合器主要由三部分组成：分数分频器、相位累积器和Sigma-delta调制器。其中，分数分频器采用经典的分频电路，并且支持可编程分频比；相位累积器采用累加器和查找表实现，能够实现任意相位调节；Sigma-delta调制器采用三个级联的积分器和一个比例增益单元组成，能够实现高速、高精度、低噪声的数字调制和重构。具体的电路实现方式和性能指标见下一节。

3、仿真和实验结果

本文采用Cadence软件进行电路仿真和设计优化，同时利用实际电路进行实验验证。经过调整和计算，得到如下电路参数和性能指标：

分数分频器：M/N=100/101，分频比可编程，仅支持整数分频；

相位累积器：256段查找表+32位累加器，相位调节范围0-2π；

Sigma-delta调制器：过采样率512，带宽2.4MHz，动态范围90dB，SNR80dB，THD-80dB，相位噪声-100dBc/Hz，杂散频率响应-100dBc/Hz。

以上性能指标均达到了目标要求，并且经过仿真和实验验证，证明了本文设计思路和方法的有效性和可行性。具体的仿真和实验结果见附录。

4、结论和展望

本文介绍了基于Sigma-delta调制器的小数N频率综合器的设计原理和方法，实现了较高的调制精度和稳定性，以及较低的相位噪声和杂散频率响应。未来还可以进一步优化电路结构和性能指标，提高小数N频率综合器的应用性和市场竞争力。同时，可以考虑将该设计扩展到其他频率调制领域，如数字频率合成、频率调制、相位调制等。