直接数字频率合成技术DDS..

DDS信号发生器设计DDS（直接数字频率合成）信号发生器是一种数字技术制造高质量频率合成信号的装备。

本文将介绍DDS信号发生器的设计原理、关键技术和性能评估。

一、设计原理：DDS信号发生器的设计原理基于数字频率合成技术，其核心是数字信号处理器（DSP）和数字锁相环（PLL）。

DDS信号发生器通过频率控制字（FTW）和相位控制字（PTW）控制DDS芯片的输出频率、波形和相位。

在DDS芯片中，数字频率合成器通过数模转换器将较高的待合成信号转换为模拟信号，进而通过滤波器、放大器等模拟电路产生高质量的输出信号。

二、关键技术：1.高精度的频率合成：DDS信号发生器需要具备高精度的频率合成能力。

此需求需要DDS芯片具备较高的分辨率和较低的相位噪声。

分辨率是DDS芯片产生频率变化最小步进的能力，通常用位数来表示。

较高的分辨率可以确保DDS信号发生器输出的频率表现更加连续平滑。

相位噪声则与DDS芯片的时钟抖动、量化噪声等因素有关，较低的相位噪声能够保证信号在频谱中的纯净度。

2.高动态范围的输出：DDS信号发生器通常需要提供广泛的频率范围和大范围内的输出功率调节。

此需求需要DDS芯片具备高动态范围的输出能力。

动态范围包括频率动态范围和幅度动态范围。

频率动态范围是指DDS信号发生器能够合成的频率范围，幅度动态范围则指DDS信号发生器能够调节的输出功率范围。

通过优化DDS芯片的设计，可以提高输出的动态范围。

3.高速的输出信号更新：DDS信号发生器需要具备快速更新输出信号的能力。

通常，DDS芯片具备更高的时钟频率和更大的内存储存能力可以实现更高的输出信号更新速率。

高速更新输出信号可以保证DDS信号发生器能够满足实时调节信号的需求。

三、性能评估：DDS信号发生器的性能评估包括频率稳定度、相位噪声、调制信号质量等几个方面。

频率稳定度是指DDS信号发生器输出频率的稳定性，通常通过测量短期和长期的频率漂移来评估。

相位噪声则是度量DDS信号发生器输出信号相位纯净度的参数，使用杂散频谱测量方法和相位噪声密度谱评估。

基于FPGA的直接数字频率合成实现方案直接数字频率合成（DDS）是一种数字合成技术，它通过将数字信号转换为模拟信号来合成所需的波形。

DDS的基本原理是从相位的概念出发，通过相位累加器、波形存储器、数模转换器和低通滤波器等结构，将数字信号转换为模拟信号。

在DDS系统中，相位累加器是核心组成部分之一。

它通过将频率控制字（K）与相位增量（△<1））相加，生成一个相位序列。

该相位序列用于选择波形存储器中的幅度序列,从而生成所需的模拟信号。

波形存储器中存储了不同相位的幅度序列，通过相位累加器的输出选择所需的幅度序列。

然后，数模转换器将选定的幅度序列转换为模拟信号，最后通过低通滤波器去除高频噪声，得到纯净的模拟信号。

DDS系统的频率分辨率和频率范围取决于相位增量（A
Φ）和幅度序列的长度。

通过改变频率控制字（K）,可以控制所得离散序列的频率，经保持、滤波之后可唯一地恢复出此频率的模拟信号。

基于FPGA技术实现DDS的方案是，通过VXI接口电路将生成的数据存入固定数据RAM中，然后用FPGA设计的相位累加器来计算并选择RAM中的数据存放地址，最后将数据给定的频率控制字输出，经DAC转换即实现了任意波形输出。

DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器1. 什么叫DDS直接数字式频率器DDS（Direct Digital Synthesizer），实际上是⼀种分频器：通过编程频率控制字来分频系统（SYSM CLOCK）以产⽣所需要的频率。

DDS 有两个突出的特点，⼀⽅⾯，DDS⼯作在数字域，⼀旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率⾼；另⼀⽅⾯，由于频率控制字的宽度宽（48bit 或者更⾼），频率分辨率⾼。

2. DDS⼯作原理图1 是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，相位幅度转换，（）。

图 1，DDS的结构（1）相位累加器⼀个正弦波，虽然它的幅度不是线性的，但是它的相位却是线性增加的。

DDS 正是利⽤了这⼀特点来产⽣正弦信号。

如图 2，根据DDS 的频率控制字的位数N，把360° 平均分成了2的N次等份。

图2，相位累加器原理假设系统时钟为Fc，输出频率为Fout。

每次转动⼀个⾓度360°/2N，则可以产⽣⼀个频率为Fc/2N的正弦波的相位递增量。

那么只要选择恰当的频率控制字M，使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率Fout，Fout = Fc*M / 2N。

（2）相位幅度转换通过相位累加器，我们已经得到了合成Fout 频率所对应的相位信息，然后相位幅度转换器把0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。

⽐如当DDS 选择为2V p-p 的输出时，45°对应的幅度值为0.707V，这个数值以⼆进制的形式被送⼊DAC。

这个相位到幅度的转换是通过查表完成的。

（3）DAC输出代表幅度的⼆进制数字信号被送⼊DAC 中，并转换成为模拟信号输出。

注意DAC 的位数并不影响输出频率的分辨率。

输出频率的分辨率是由频率控制字的位数决定的。

直接数字式频率合成技术（DDS）是⼀种先进的全数字频率合成技术，它具有多种数字式调制能⼒（如相位调制、频率调制、幅度调制以及I/Q正交调制等），在通信、导航、雷达、电⼦战等领域获得了⼴泛的应⽤。

DDS介绍（自己整理）DDS概要1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的“A DIGITAL Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新给成原理。

限于当时的技术和器件产，它的性牟指标尚不能与已有的技术盯比，故未受到重视。

近1年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct DIGITAL Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。

具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。

DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。

与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。

一、DDS原理和结构DDS的基本大批量是利用采样定量，通过查表法产生波形。

DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1来表示。

相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。

每来一个时钟脉冲fs，加法器将控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。

这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位加累加。

由此可以看出，相位累加器在每一个中输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的出频率就是DDS输出的信号频率。

用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址。

这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。

频率源是通信、电子测量仪表、雷达等电子系统实现高性能指标的关键部分，并在广电系统中也有极为广泛的应用。

直接数字式频率合成技术（ＤＤＳ）具有频率转换时间极短、频率分辨率极高、输出相位连续、相位噪声低、可编程、全数字化、易于集成等突出优点，成为现代电子系统及设备中频率源的首选，对其进行研究具有重大的理论和实践意义。

以下将对ＤＤＳ波形产生原理、控制方式、频谱特性进行分析，并设计出一套基于ＭＣＳ－５１芯片和ＡＤ９８５１芯片的ＤＤＳ波形发生系统。

达到参数如下：（１）出频率范围：３０ＭＨｚ～１８０ＭＨｚ；（２）率准确度：优于土５０Ｈｚ；（３）频率转换时间：≤２ｕｓ；（４）步进精度：１ｋＨｚ。

１　ＤＤＳ原理分析ＤＤＳ在结构上主要可划分为数控振荡器和数字／模拟转换两个模块，模块ＮＣＯ又由相位累加器和正弦查询表ＲＯＭ构成。

ＮＣＯ实现由数字频率字输入生成相应频率的数字波形，模块ＤＡＣ实现将ＮＣＯ产生的数字幅度值高速且线性地转为模拟幅度值。

基本框图如图１。

２　硬件设计及结果２．１硬件选型市场上有ＡＤ、ＭＡＸＩＭ等大型软件公司生产ＤＤＳ芯片。

本次设计采用ＡＤ公司的芯片。

从性价比考虑，ＤＤＳ芯片选用ＡＤ９８５１芯片，控制芯片选用ＡＴ８９Ｃ５２芯片，ＰＬＬ芯片选用ＭＣ１４５１５２芯片。

若需调节波形的幅度，可选择ＡＤ公司的ＡＤ８３２０可编程运放作为后级。

其型号及价格如下表格１。

２．２ＡＤ９８５１简介ＡＤ９８５１是ＡＤ公司ＤＤＳ芯片中性价比较高的一款，具有如下特性：（１）允许最高输入时钟１８０ＭＨｚ，同时可选择是否启用内含的６倍频乘法器；（２）带有高性能的十位Ｄ／Ａ转换器；（３）具有简化的控制接口，允许串／并行异步输入控制字；（４）允许工作电源范围：＋２．７伏～＋５．２５伏；（５）可以工作在掉电方式（低功耗）：４ＭＷ＋２．７伏；（６）其自由寄生动态范围（ＳＦＤＲ）＞４３ｄＢ＠７０ＭＨｚ输出；（７）采用极小的２８脚贴片式封装。

２．３硬件连接由主控芯片ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１口向ＡＤ９８５１输入控制字，并由Ｐ３．４、Ｐ３．５、Ｐ３．６三口分别接ＡＤ９８５１的Ｗ＿ＣＬＫ、ＦＱ＿ＵＤ、ＲＥＳＥＴ三个端口，若采用串行模式，则只须选择Ｐ１中一个接口与ＡＤ９８５１相连（如图２）。

DDS相关内容，DDS原理及其杂散特性一、DDS(Direct Digital frequency Synthesis)即直接数字频率合成器，是一种新型的频率合成技术，具有较高的频率分辨率，快速的频率切换，稳定性好，可灵活产生多种信号的优点。

因此，在现代电子系统及设备的频率源设计中，尤其在通信领域，直接数字频率合成器的应用越来越广泛。

在数字化的调制解调模块中。

DDS取代了VCO(模拟的压控振荡器)，被大量应用。

这种合成技术是一种利用数字技术来控制信号的相位增量的技术，它采用插值取样的方式，将要合成的正弦波波形用若干个采样点的取值来代替，然后依次等时间间隔输出这些取值，每个采样点的值由预先存储的数字值经D/A转换后得到。

DDS信号发生器把信号的发生器的频率稳定度,准确度提到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的调节。

也就是说它对的误差很小，与基准频率之间的误差很小。

可以工作在调制状态，可以产生任意波形。

DDS的工作原理：DDS技术是根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样，编码，量化，形成一个正弦函数表，存在EPROM中，合成时，通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量，也就是我们所称的步长。

相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变频率。

（其中奈奎斯特采样定理：解释了采样率和所测信号频率之间的关系。

阐述了采样率fs必须大于被测信号最高频率分量的2倍）。

二、DDS杂散特性：基于波形存储的DDS(直接数字频率合成器)技术具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、稳定度高、可编程、全数字化、易集成等突出优点，因而得到广泛的应用。

但是，由于DDS数字化实现的固有特点，决定了其输出信号频谱杂散较大。

如何抑制DDS输出频谱中的杂散就成为了研究的热点。

从以下几个方面说明DDS的误差杂散来源：1.关于输出频率稳定性：DDS一般采用石英晶体振荡器作为它的参考激励源，DDS输出频率的稳定性和参考时钟的频率稳定性是一致的。

dds工作原理
DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成）是一种数字信
号处理技术，用于生成高精度和稳定的频率信号。

其工作原理如下：
1. 数字信号生成器（Digital Signal Generator）产生一个或多个
参考波形，例如正弦波、方波或锯齿波。

2. 参考波形经过一个数字相位累加器（Digital Phase Accumulator），用于控制信号的频率。

相位累加器接收一个
控制字（Control Word），该字定义了相位累加的步长。

较大
的步长将导致更高的频率。

3. 累加器的输出接入一个查找表（Look-up Table），用于产生离散的输出样本。

查找表包含一个周期的离散样本点，这些样本点代表了参考波形的电压值。

4. 查找表的输出连接到一个数字到模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC），将数字样本转换为模拟电压信号。

5. 模拟电压信号经过低通滤波器（Low-pass Filter），用于去
除高频噪音成分，保留期望的基频信号。

6. 输出的模拟信号可用于驱动各种应用，如通信系统、音频设备、医疗器械等。

DDS的优点包括频率稳定性高、可编程性强、频率分辨率高
等。

相比于传统的模拟信号合成方法，DDS技术更加灵活和精确。

它的主要应用领域包括频率合成、频谱分析、信号调制等。

关于DDS技术的高精度频率综合器频率源是雷达、通信、电子对抗与电子系统实现高性能指标的关键，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所用频率源的性能，因此频率源被人们喻为众多电子系统的"心脏"。

而当今高性能的频率源均通过频率合成技术来实现。

传统的频率合成器有直接频率合成器和锁相环两种。

直接频率合成方法具有频率转换时间短、近载频相位噪声性能好等优点，但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

锁相环式频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。

但由于锁相环本身是1个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。

除此之外，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制。

一：直接数字式频率合成（DirectDigitalFrequencySynthesis，简称DDS或DDFS）是近年来发展起来的1种新的频率合成技术。

它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域，标志着第三代频率合成技术的出现。

其主要优点是相对带宽很宽、频率转换时间极短（可小于20ns）、频率分辨率很高（典型值为0.001Hz）、全数字化结构便于集成、输出相位连续、频率、相位和幅度均可实现程控。

因此，能够与计算机紧密结合在一起，充分发挥软件的作用。

DDS技术的实现完全是高速数字电路D/A变换器集合的产物。

由于集成电路速度的限制，目前DDS的上限频率还不能做得很高。

但GaAs（砷化镓）材料在集成电路中的应用，使得DDS上限频率不够高的缺陷正在不断地被克服。

作为应用，现在已有DDS产品用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等，特别是跳频通信系统。

在上世纪中期对于传统的模拟电路而言这几乎是很难实现的，因为三者之间存在无法克服的矛盾。