直接数字合成(DDS)技术发展迅速，但直接合成超高频和微波输出频率尚不实用或经济可行。目前最先进的商品DDS ic -如300 MHz的AD9852单和AD9854正交完整DDS芯片-提供较低VHF频谱的可用输出，约为120 MHz。DDS和输出DAC的采样速度限制是主要的瓶颈;DDS基频输出信号不得大于采样频率的一半。Devices的下一代高速DDS ic将以900 mhz采样率和360 mhz可用基波输出挑战这些限制。

为了在超高频和微波频率下利用DDS的特性，DDS通常与锁相环(PLL)集成或在混频器中上变频。不幸的是，使用锁相环的乘法会损害信号的完整性、频率分辨率和敏捷性。此外，使用混频器将DSB(双边带)信号上变频到更高频率的单边带，可能需要困难或不可能的输出滤波以及高质量的固定频率本地振荡器(LO)。用于克服这些缺点的方法通常导致需要多个锁相环或混频器/滤波器/振荡器级。

下面是一种改进的、经济的单级上变频到800- 2500 MHz频率的方法，使用上述AD9854 Quadrature completdds和一种新的器件AD8346 Quadrature Modulator，在1900 MHz时相位精度在1度以内，幅度平衡在0.2 dB以内。上变频抑制载波，单边带信号显示> 36db典型抑制LO和不需要的边带频率在整个频率范围内。此外，所有的DDS信号质量被保留，而不需要的上转换产品被最小化。36db抑制对于许多应用来说是足够的，并且这种对不需要的信号功率的4000x抑制将大大降低输出滤波器的复杂性，或者在要求更高的应用中提高有效滤波的可行性。

要在上下带之间进行选择，只需在AD8346调制器输入引脚反转或交换正交DDS信号，I代表Q, Q代表I。AD9854 DDS具有多种调制模式(AM, FM, PSK和FSK)可用。除了灵活的单频信号外，还提供了数字功能，从而增强了该应用程序的实用性。

正交DDS信号的上转换只是AD8346正交调制器可以完成的一个例子。实际上，它可以上转换任何正交基带信号(dc到70 MHz)，具有类似的边带抑制。

正交SSB上变频

AD8346正交调制器提供令人印象深刻的SSB上变频性能，允许基带信号直接调制800 MHz至2.5 GHz的本振(LO)频率，通常具有36 dB的冗余边带和本振频率抑制。上转换信号可以是跳频的、扩频的或静止的;未调制或宽带调制，在允许的输入带宽内。对于DDS合成的上变频正交信号，图1中的方框图显示了如何将AD9854输出信号应用于AD8346差分“基带调制”输入，以便在LO频率附近进行SSB上变频。

在正交上变频中，两个混频器由正弦和余弦LOs驱动，其内部来自用户提供的单端高质量振荡器。混频器输入正弦和余弦基带信号(经过滤波的DDS输出信号)，对固定LO进行对称上转换。在内部对两个混频器输出进行求和，以增加混频器输出的同相分量并抑制其正交分量。最终结果(没有额外的滤波)是一个抑制载波，单边带，电压输出在-10dBm和50欧姆阻抗，频率是本LO和基带信号的和或差，加上本LO和相对边带的抑制残余。

需要精确相位关系的正交调制并不是一个新概念。五十年前，正交调制的最初用途之一是产生单边带电话信号;这被称为“分阶段法”。然而，“滤波方法”成为首选，因为在可观的带宽上维持正交相位关系并不容易用方法学来完成。这两种方法主要用于低中频，目的是去除冗余边带和消除“载波”。

AD9854 DDS使用300 MHz时钟源，在直流到120 MHz范围内产生数字精确的正交输出信号(典型精度为十分之二度)。在图1所示的示例中，如果进行适当的划分，时钟可以从高质量的LO中获得。AD8346的正交相位误差在其800至2500 MHz输出范围内通常为1度。这些设备包括一个“芯片组”，可以很好地服务于许多宽带数字方案，从扩频到电视。

一个更完整的解释，包括数字正交调制和SSB上转换的基本数学分析，可以在Doug Smith写的一篇文章中找到，“信号，样本和东西:DSP教程(第一部分)”，1998年3月/ 4月，QEX:通信实验论坛杂志。欲了解更多信息，请联系美国R o接力联盟，225 Main Street, Newington, CT 06111，。

为了更好地理解正交上变频的优点，比较两种流行的产生UHF和微波DDS信号的方法可能是有指导意义的:DDS/PLL倍频和单级混频器上变频。

锁相环/ DDS乘法

将DDS信号的锁相环倍增到UHF和微波频率是容易且经济地完成的，但代价是:DDS提供的优势将在几乎所有理想属性中退化，包括相位噪声规格，新频率采集时间，频率分辨率和无杂散动态范围(SFDR)。减少信号退化的锁相环/DDS/混频器/滤波器组合确实存在，但这种多级实现的复杂性和成本可能无法容忍。图2显示了一个典型的DDS/PLL实现。

锁相环输出相位噪声是一个明显且容易观察到的现象;它的放大将与锁相环的倍增系数成比例地降低性能(以dB表示，20 log F(out)/F(in))。例如，如果将10mhz的DDS信号的频率乘以100，从锁相环得到1ghz的输出，则锁相环带宽内的输出相位噪声将比原始输入信号大约40db。此外，在锁相环带宽内的杂散信号或“杂散”将增加相同的量。这可能导致不可接受的杂散电平，比DDS输入信号高40dB

频谱图很容易显示DDS信号的相位噪声在图2中的锁相环电路×64中相乘后的情况。图3显示了14mhz时PLL的DDS输入信号，图4显示了896mhz时PLL相乘的DDS信号。宽噪声“裙摆”是相位噪声退化的特征。

为了说明锁相环倍增对杂散电平的影响，对DDS信号进行了调制，以产生大量接近基频的低电平杂散。图5显示了馈送到锁相环的调制DDS信号，图6显示了锁相环30 kHz环路带宽内的这些杂散是如何被放大的。注意，距离载波60 kHz时，杂散幅度不受影响。相位噪声没有改变，也没有改变任何其他参数。

除了相位噪声、时序抖动和杂散电平退化外，许多其他理想的DDS属性，包括频率敏捷性和分辨率，都会受到锁相环倍增的不利影响。偶数频率分辨率将比DDS分辨率差N倍，并且新频率采集将受到锁相环的稳定时间(可能比DDS大10,000倍)的限制。

DDS /混合器上转换

对于设计人员来说，一个更好的选择是使用混频器将DDS信号上变频到UHF/微波频率。上变频不会显著增加杂散电平或相位噪声。此外，频率敏捷性和分辨率不受影响。要克服的最大障碍是双面带(DSB)输出的存在:LO + DDS和LO - DDS，以及发生的任何LO馈通。

图7显示了抑制载波(LO)的200 mhz频谱区域，单上变频混频器输出，演示了上变频的这个问题。两个边带相距50 MHz，本端馈通频率介于两者之间，为1.04 GHz。这50 MHz的频宽仅为1 GHz输出频率的5%。滤波信号以去除不需要的边带和LO馈通将是非常困难的。如果输出频率增加到2ghz，它可能会使问题复杂化，以至于滤波是不切实际的。为了克服这个问题，设计人员传统上采用多级混合和滤波来产生在UHF/微波下具有更大边带间距的DSB信号，这种信号更容易滤波，但成本和复杂性要高得多。

DDS上变频实验结果

利用AD9854和AD8346的评估板，在实验室中完成了SSB上变频器的正交实现。需要对AD8346评估板进行修改，以接受AD9854评估板提供的滤波、正交、单端信号。输出电压水平也需要提高，以适应AD8346的输入要求。实验室连接和修改的示意图如图8所示。修改如下:

1. 添加两个1:16中心抽头阻抗升压变压器(迷你电路T16-6T)，将单端正交信号转换为差分信号，并提供1:4电压升压。使用中心抽头的次级电路，可以将1.2伏的直流失调电压添加到差分信号中，以符合AD8346输入偏置要求。

2. 在每个变压器输出端增加1000欧姆终端电阻。

3. 添加一个1.2伏直流偏置源，由两个硅二极管组成，通过2000欧姆限流电阻从3.3伏电源电压正向偏置。连接到I路和q路变压器二次绕组的中心抽头。

当适当调整AD9854的正交输入信号以补偿正交相位误差和I &amp时，该设置的测试验证了AD8346数据表中传达的性能期望。Q振幅不平衡。参见图9和图10。

I &介绍了信号从AD9854电路输出后，由滤波器、电缆和PCB走线长度不等、变压器差等引起的Q正交相位关系。系统相位误差不能通过AD9854的编程改变来纠正。它的输出以精确的正交固定。相位误差可以通过调整从AD9854到AD8346评估板的电缆长度来纠正。利用AD9854的12位独立正弦和余弦(I &Q)数字幅度倍增级。

图9显示了AD8346以1.05 GHz为中心的200 mhz输出频谱段。DDS“调制”的上边带和下边带信号位于本LO两端的25 MHz处，频率为1.04 GHz。在抑制的上边带(USB)和有利的下边带(LSB)振幅之间显示-40 dB的差异。40分贝的差分相当于大约一万比一的功率比。这种水平的边带抑制表明输入信号相位失配约为1度。

1.015 GHz下边带(LSB)的近距离视图(图10)显示出出色的信号完整性。这与图4中的锁相乘信号形成了鲜明的对比。如前所述，可以交换到正交调制器的正弦和余弦DDS信号，以使互补边带得到青睐。

本端馈通幅度(- 36db)大于抑制边带。本LO馈通电平不受DDS的相位或幅度的影响。Q输入信号。为了降低本相馈通的重要性，I &在每个差分输入引脚处，Q输入信号应达到最大(1V p-p)。

结论

正交调制是一种建立良好且经济的DDS上变频到超高频和微波频率的方法，而不会失去DDS技术的任何理想属性或影响信号质量。AD8346正交调制器简化了这一过程。它是AD9854 DDS的“自然”匹配，具有微分正交输出。具有高品质的LO, UHF &微波SSB输出是完全可以实现的。

凭借AD9854的多种调制模式，该应用程序支持(几乎)完整的微波输出频率的AM, FM, PSK, FSK激励器。对调幅抑制载波进行少量附加信号处理;Q DDS输出，SSB语音或其他幅度调制方案成为可能。图11显示了ic如何与外部调制源和控制设备互连以执行通信功能。

36db(典型)边带和LO抑制可直接用于许多应用，输出滤波在要求更高的应用中变得不那么艰巨。适当调整DDS I &Q信号的相位关系和幅度平衡可以进一步增强边带抑制。

虽然它是专门为提供适当的输出信号而设计的，而不需要多个DDS来实现此功能，但这里描述的应用中的AD9854并不是将DDS和正交调制结合起来的唯一方法。其他DDS IC，如AD9850、AD9851和AD983x系列，也可以使用正交对。如果两个dds可以同步，那么很可能它们可以通过编程来实现使用内部相位偏移电路的正交输出。有关DDS和数字调制器产品的完整列表，以及技术说明和数据表，请参阅DDS产品。同样值得注意的是，AD9854的独立可编程I &Q输出振幅使输出匹配成为一个简单的软件程序。

正交DDS SSB上转换到2GHz以上的相对简单和经济，应该鼓励读者考虑将这种技术添加到他们的清单中。它保留了微波频率下所有理想的DDS属性，同时大大减少了传统双向混频器上变频的冗余边带。