DDS原理及仿真

DDS是什么意思,DDS结构,DDS原理是什么

什么叫DDS

直接数字式频率合成器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时钟（SYSTEM 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。

DDS工作原理

下面是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，位幅度转换，数模转换器（DAC）。

图 1，DDS的结构

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,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。

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。在项目中光栅传感系统高频并行解调算法的FPGA实现我们的光纤通信模块用到DDS。我们通过FPGA 实现了DDS的功能。

DDS原理及仿真

DDS（Direct Digital Synthesis）是一种基于数字信号处理（DSP）技术的频率合成技术。其原理是通过数字方式生成一个精确的频率、相位可控的信号。DDS技术在现代通信、雷达、无线电频率合成等领域得到广泛应用。本文将就DDS的原理及仿真进行详细介绍。

DDS的工作原理主要包括数字频率控制器（NCO）、DDS核心、DAC等几个重要部分。

NCO是DDS的关键组件，它是一个数字寄存器，用于存储相位累加器的内容。相位累加器是DDS核心的核心部件，用于生成一个连续的相位积累信号。NCO中的数字寄存器不断递增，递增的步长为一个相位增量。当寄存器值溢出时，相位累加器将重新计数。通过改变相位增量的大小，可以实现不同频率的信号输出。例如，如果相位增量为Δθ，则频率为f的信号输出的相位增量为Δθ=f/fs*2^N，其中fs为NCO时钟频率，N为寄存器位数。因此，DDS可以以高精度、高稳定性地生成所需的频率信号。

DDS的核心部分是相位积累器和查找表（LUT）。相位积累器通过累加相位增量，并通过查找表确定输出的幅度值。查找表是一个存储了一个完整周期内的幅度值的表格。通过对相位积累器进行递增操作，并通过查找表来获取对应相位的幅度值，DDS就可以精确地生成所需的信号。DDS的精度主要取决于相位积累器的位数和查找表的大小，位数越大、查找表越大，频率的分辨率和精度就越高。

DDS的输出信号需要通过数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号，以便在实际电路和系统中使用。DAC将DDS生成的数字信号转换为模拟信号，以用于驱动电路的输入。DAC的分辨率和采样速率决定了DDS输出信号的精度和带宽。

DDS技术的仿真主要包括数模转换、相位累加器和查找表设计等方面。首先，需要对相位累加器和查找表进行仿真验证。可以通过调整相位增量，观察输出信号的频率变化情况，以验证DDS的频率控制精度。同时，可以通过改变查找表的大小，来验证DDS的频率分辨率和波形稳定性。其次，需要对DDS输出信号进行数模转换仿真。可以通过给DAC提供DDS输出信号的数字输入数据，并模拟经过DAC转换后的模拟输出信号，来验证DDS的信号质量和波形准确性。

dds实验报告

南京理⼯⼤学

电⼦线路课程设计--------直接数字频率合成器

学⽣姓名：林晓峰学号：912104220143 专业：通信⼯程

指导教师:谭雪琴2014年12⽉18⽇

摘要：

本次实验利⽤QuartusII7.0软件并采⽤DDS技术、FPGA芯⽚和D／A转换器，设计了⼀个直接数字频率信号合成器，具有频率控制、相位控制、测频、显⽰多种波形等功能。

并利⽤QuartusII7.0软件对电路进⾏了详细的仿真，同时通过SMART SOPC实验箱和⽰波器对电路的实验结果进⾏验证。Abstract：

This experient introduces using QuartusII7.0software, DDS technology，FPGA chip and D／A converter to design a multi—output waveform signal generator in which the frequency and phase are controllable and test frequency,display waveform.

It also make the use of software QuartusII7.0 a detailed circuit simulation, and verify the circuit experimental results throughSMART SOPC experiment box and the oscilloscope.

关键词：QuartusII7.0 数字频率信号合成器频率控制相位控制测频⽰波器 SMART SOPC实验箱Keywords：QuartusII7.0 multi—output waveform signal- generator frequency controllable phase controllable test frequencyoscilloscope Smart SOPC box

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。波形存储器的输出送到D/A转换器，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。