跳頻技術(shù) （Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS）在同步、且同時(shí)的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號(hào)，對(duì)于一個(gè)非特定的接受器，F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動(dòng)訊號(hào)對(duì)它而言，也只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號(hào)可依特別設(shè)計(jì)來規(guī)避噪聲或One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號(hào)必須遵守FCC的要求，使用75個(gè)以上的跳頻訊號(hào)、且跳頻至下一個(gè)頻率的時(shí)間間隔（Dwell Time）為400ms。跳頻是常用的擴(kuò)頻方式之一，其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說，通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來說，“跳頻”是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。從時(shí)域上來看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)；從頻域上來看，跳頻信號(hào)的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機(jī)跳變的。其中：跳頻控制器為部件，包括跳頻圖案產(chǎn)生、同步、自適應(yīng)控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率；數(shù)據(jù)終端包含對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。

　　調(diào)制技術(shù)是把基帶信號(hào)變換成傳輸信號(hào)的技術(shù)。它將模擬信號(hào)抽樣量化后，以二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”或“0”對(duì)光載波進(jìn)行通斷調(diào)制，并進(jìn)行脈沖編碼（PCM）。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，中繼時(shí)噪聲及色散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。它的缺點(diǎn)是需要較寬的頻帶，設(shè)備也復(fù)雜。該方案就是引入∑-Δ調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)將過取樣噪聲整型與數(shù)字濾波技術(shù)的結(jié)合， 小的頻率分辨率的實(shí)現(xiàn)依賴于電路的速度?！?Δ調(diào)制頻率合成器在小數(shù)分頻鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上，采用全數(shù)字式調(diào)制技術(shù)來抑制小數(shù)雜散，設(shè)計(jì)采用全數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)制小數(shù)分頻器，利用此方法很好地解決了頻率分辨率與相位檢波器工作頻率之間的矛盾，使環(huán)路工作頻率有了很好的改善，同時(shí)大大提高了噪聲性能。

　　1 一階單環(huán)∑-Δ調(diào)制

　　傳統(tǒng)小數(shù)分頻頻率合成器中的相位累加器可等效為圖1所示形式[4]，Y（k）為1 bit量化器輸出，取0或1值，取1值表示溢出，從而控制分頻比的變化。而1 bit量化器數(shù)學(xué)上可用量化誤差E1（k）來表征，數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

　　組合圖1和圖2，可有方程：

　　圖2的Z域模型如圖3所示，它就是1個(gè)一階單環(huán)∑-Δ調(diào)制器的Z域等效模型。

　　顯然，它同相位累加器模型等效，因此用一階單環(huán)數(shù)字∑-Δ調(diào)制器代替相位累加器功能，傳統(tǒng)的小數(shù)分頻器實(shí)質(zhì)上是采用了數(shù)字一階單環(huán)∑-Δ調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻控制的。由圖3可導(dǎo)出Z域信號(hào)與量化誤差的傳遞關(guān)系如下：

　　式（2）表明數(shù)字一階∑-Δ調(diào)制器無衰減地傳輸了輸入信號(hào)，對(duì)量化誤差呈高通特性。但是對(duì)于一個(gè)給定的分頻比，量化誤差是低頻的周期性信號(hào)，雖然采用過采樣技術(shù)的數(shù)字一階∑-Δ調(diào)制器對(duì)量化誤差有一定的濾波作用，但十分有限。

　　2 高階單環(huán)∑-Δ調(diào)制

　　圖4是全數(shù)字單環(huán)∑-Δ調(diào)制電路等效示意圖。

　　式（3）中分子含有的（1-z-1）3表示高通整形特性，還可通過調(diào)整零極點(diǎn)設(shè)計(jì)出更好的噪聲整形特性，靈活性很強(qiáng)。一階∑-Δ調(diào)制器ΔN輸出時(shí)域波形呈周期性變化，而三階∑-Δ調(diào)制器ΔN輸出時(shí)域波形表現(xiàn)為高密度脈沖調(diào)制信號(hào)，因此可以獲得精細(xì)的頻率分辨率。三階∑-Δ調(diào)制器ΔN輸出波形在頻域上呈現(xiàn)為高通形噪聲特性，可以利用環(huán)路濾波器的低通特性來濾除，從而有效地消除了小數(shù)雜散。

　　3  跳頻頻率合成器的實(shí)現(xiàn)

　　采用多階∑-Δ調(diào)制器利用其對(duì)噪聲的整型功能，將量化噪聲從低頻端推向高頻端。并且∑-Δ調(diào)制器階數(shù)越大，在高頻端的噪聲功率也越大，噪聲整型效果越好。在頻率合成器中鑒相器的輸出信號(hào)在輸入到VCO之前需要經(jīng)過環(huán)路濾波器對(duì)噪聲進(jìn)行濾波，而濾波器的帶寬大小也在很大程度上決定了通過低通濾波器的相位噪聲大小。因此在小數(shù)分頻合成器中采用多階∑-Δ調(diào)制器，并且選用適當(dāng)?shù)沫h(huán)路濾波器，可以得到良好頻譜的輸出頻率。本設(shè)計(jì)采用基于∑-Δ調(diào)制技術(shù)的芯片CX72300來實(shí)現(xiàn)[7]。其特點(diǎn)是：寬頻段頻率合成，采用高階∑-Δ調(diào)制技術(shù)克服小數(shù)雜散問題，參考頻率的分頻比、鑒相器增益是用控制字寫入，用軟件控制環(huán)路帶寬，并能夠?qū)崿F(xiàn)掃頻、跳頻。圖6為CX72300的功能模塊框圖。從圖6看出，在外圍電路中配上壓控振蕩器、環(huán)路濾波器及晶振，便可構(gòu)成完整的頻率合成器，還可通過軟件控制合成器的輸出頻率。單片機(jī)控制頻率合成有著廣闊的應(yīng)用前景，例如在跳頻電臺(tái)中，正是利用單片機(jī)控制才實(shí)現(xiàn)了頻率的跳變。在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)調(diào)制，控制小數(shù)分頻比。信號(hào)源產(chǎn)生的電路是晶體振蕩電路，2個(gè)電容與晶振在外部連接，有源器件在芯片內(nèi)部。環(huán)路濾波器采用三階級(jí)聯(lián)的RC濾波器來實(shí)現(xiàn)，帶寬為50 kHz～100 kHz,用ADS軟件仿真并設(shè)計(jì)RC濾波器參數(shù)，仿真結(jié)果見圖7。

　　采用頻譜分析儀可以測(cè)得VCO的輸出信號(hào)具有良好的頻譜特性，如圖8所示。測(cè)試的中心頻率分別是723.470 MHz（圖8（a））和1.849 999 80 GHz（圖8（b））。

　　采用頻譜分析儀測(cè)得在723.470 MHz主頻時(shí)相位噪聲曲線如圖9（a），橫軸是頻率補(bǔ)償值，縱軸參考點(diǎn)是-50 dBc/Hz,每格下降10 dB,在偏離主頻10 kHz時(shí)相噪小于-91.63 dBc/Hz；在1.85 GHz主頻時(shí)相位噪聲曲線如圖9（b），在偏離主頻10 kHz時(shí)相噪小于-82.79 dBc/Hz。

　　用軟件設(shè)置掃頻時(shí)間和間隔，可實(shí)現(xiàn)快速跳頻。用示波器的鎖存功能測(cè)試跳頻時(shí)間， 頻率從1 800 MHz跳到1 850 MHz，換頻時(shí)間小于50 μs。

　　本文分析了單環(huán)高階∑-Δ調(diào)制技術(shù)，并把該技術(shù)應(yīng)用于小數(shù)分頻頻率合成器中，使小數(shù)分頻相位誤差頻譜得到整形和有效抑制，解決了小數(shù)分頻的相位雜散問題，從而獲得具有低相位噪聲、低雜散、高頻率分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間的寬頻率范圍的頻率合成器。