第五章直接数字频率合成技术

频率合成技术一、频率合成技术简述频率合成技术起步于上世纪30年代，至今已有七十年的历史。

其原理是通过一个或多个参考信号源的线性运算，在某一频段内，产生多个离散频率点。

基于此原理制成的频率源称为频率合成器。

频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，是决定整个电子系统系统性能的关键设备，不仅在通信、雷达、电子对抗等军事领域，更在广播电视、遥控遥测、仪器仪表等民用领域得到了广泛的应用。

随着电子技术在各领域内占有越来越重要的地位，现代雷达和精确制导等高精尖电子系统对频率合成器的各项指标提出了越来越高的要求，推动了频率合成技术的发展。

频率合成器的主要性能指标包括：(1).输出频率范围，是频率合成器输出的最低频率和最高频率之间的变化范围。

一般来说，输出的带宽越高越容易满足系统对于频率源的需求。

(2).频率分辨率，是输出频率两个相邻频率点之间的最小间隔。

作为标准信号源的频率合成器，频率分辨率越精细越好。

(3).频率切换时间，是输出频率由一个频率切换到另一个指定的频率的时间，电子对抗时的频率跳变对此有着极高的要求。

(4).频谱纯度，频谱的噪声包括杂散分量和相位噪声两方面，杂散又称为寄生信号，主要由频率合成过程中的非线性失真产生；相位噪声是衡量输出信号相位抖动大小的参数。

(5).频率稳定度，是指在规定的时间间隔内，频率合成器输出频率偏离指定值的数值，由作为参考信号源的时钟和各种随机噪声决定。

(6).调制性能，频率合成器是否具有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)功能。

初期的频率合成技术采用一组晶体组成的晶体振荡器，输出频率点由晶体个数决定，频率准确度和稳定度由晶体性能决定，频率切换由人工手动完成。

随着时间的推移，频率合成技术理论的完善和微电子技术的发展，后来的科学家不断的提出了若干频率合成方法，现代的频率合成技术主要经历了三个阶段：直接模拟频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。

直接模拟频率合成(Direct Frequency Synthesis,DS)技术也是一种早期的频率合成技术，使用一个或几个晶体振荡器作为参考频率源，通过分频、混频和倍频的方法对参考源频率进行加减乘除的运算，然后用滤波器处理杂散频率得到需求的不同频率。

dds芯片工作原理DDS芯片，即直接数字频率合成芯片（Direct Digital Synthesis），是一种集成电路芯片，主要用于在数字域中生成高稳定度和高精度的周期性信号。

它是一种先进的频率合成技术，通过将数字控制的相位和频率信息转换为模拟输出信号，实现对频率的精确控制。

DDS芯片的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 数字控制器（Digital Controller）：DDS芯片的核心是数字控制器，它接收来自外部的控制信号，包括所需输出信号的频率、相位和振幅等信息。

数字控制器将这些控制信号转换为数字形式，以便后续处理。

2. 相位累加器（Phase Accumulator）：相位累加器是DDS芯片中的重要部分，它接收数字控制器输出的相位信息，并将相位信息累加起来。

相位累加器的输出结果是一个不断增加的相位值，它代表了输出信号的相位随时间的变化情况。

3. 参考时钟发生器（Reference Clock Generator）：DDS芯片需要一个稳定的参考时钟信号作为基准，以确保输出信号的精度和稳定性。

参考时钟发生器产生一个固定频率的时钟信号，用于驱动相位累加器的工作。

4. 数字频率控制字（Digital Frequency Control Word）：数字频率控制字是DDS芯片中用来控制输出信号频率的关键参数。

它由数字控制器根据所需输出频率计算得出，并作为输入传递给相位累加器。

数字频率控制字的大小决定了相位累加器每个时钟周期累加的相位量，进而影响了输出信号的频率。

5. 查找表（Look-up Table）：查找表是DDS芯片中的一个重要组成部分，它存储了一个正弦波周期内的采样点值。

相位累加器的输出值作为查找表的地址，查找表根据地址读取相应的采样点值，并将其作为输出信号的振幅。

6. 数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）：DDS芯片最后需要将数字形式的输出信号转换为模拟形式，以便输出给外部设备。

DDS原理与应用DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成）是一种基于数字信号处理技术的频率合成技术。

DDS通过将数字信号通过DDS芯片转换为模拟信号的方波，可以实现在广泛的频率范围内产生高精度的正弦波信号。

DDS技术因其高稳定性、精确性和灵活性在无线通信、测量和仪器设备等领域中得到广泛应用。

DDS的基本原理是利用数字信号产生器（Digital Signal Generator）产生一个相位可编程的方波信号，通过滤波器（Low Pass Filter）对频率和幅度进行调整，最后转换为连续时间的模拟信号。

DDS的核心部件是相位累加器（Phase Accumulator）、相位查找表（Phase Look-Up Table）和数字到模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC）。

相位累加器是一个用于存储、计算和控制相位的计数器，每个时钟周期将相位累加器的值加上一个增量（累加相位步进），并将结果作为相位查找表的地址。

相位查找表则存储着一个正弦波周期内相对应的数字化样本值。

DAC负责将查找表中的数字化样本值转换为模拟信号。

DDS的工作过程如下：首先，通过设置一个初始的累加相位步进和一个参考时钟频率，数字信号产生器开始对相位累加器进行累加操作；然后，相位累加器的计数值会被用作相位查找表的地址，根据查找表中的数字化样本值产生一个宽度和波形可以调节的方波信号；最后，经过滤波器处理后的方波信号被DAC转换为模拟信号。

DDS技术具有很多优点和应用。

首先，DDS可以在较大的频率范围内实现高精度的频率合成，频率分辨率可以达到参考时钟频率的1/2^n。

其次，DDS技术具有很高的频率稳定性和相位稳定性，可以快速、准确地完成频率和相位调整。

第三，由于DDS技术是基于数字信号处理技术，因此非常便于与其他数字系统和微处理器进行集成。

最后，DDS技术还具有较低的成本和功耗，并且操作简单，方便使用和维护。

频率合成技术有哪些_频率合成技术的应用盘点频率合成技术的发展过程频率合成技术的理论起源于二十世纪30年代左右，至今己有八十多年的历史。

早期的频综是由一组晶振组成，需要多少个输出频点，由晶体的数目所决定。

需要由人工来实现频率切换，主要由晶体来决定频率的准确度和稳定度，很少与电路有关。

现在这种频率合成方式已经被非相干合成的方法所取代，尽管非相干合成同样使用了晶体，但其工作方式是由少量晶体来产生多种频率的。

对比早期的频率合成方式，非相干合成器不仅降低了成本，而且提高了所合成频率的稳定性。

但是研制这种由几块晶体所构成的晶振是一个非常复杂的过程，而且成本较高。

因此随着频率合成技术的发展，相干合成法也就被科学家提了出来。

最初的相干合成法主要是直接频率合成（Direct Frequency Synthesis简称DFS）。

此合成方法是利用倍频、分频、混频的方法对一个或几个参考源频率经过加、减、乘、除运算直接产生所需要频率的方法。

这种方法由于频率转化时间短，相位噪声低等优点，因此在频率合成领域也占有一定的地位，但由于所生成的频率是采用大量的倍频、分频、混频所得，使得直接式频率合成器体积大、杂散多且难于抑制、结构复杂、成本及功耗高，故该DFS 己基本被淘汰。

在DFS之后出现了间接频率合成（Indirect Frequency Synthesis）。

间接频率合成主要是指锁相环PLL（Phase-Locked Loop）频率合成。

此合成方法是把相位反馈和锁相技术用于频率合成中，这种合成方法具有输出频率高、相位噪声低、抑制杂散好、成本低和易于集成等优点，因此在频率合成领域占有一席之地。

但是传统PLL的频率合成器由于采用闭环控制，因此输出频率改变后，要想重新达到稳定则所需的时间较长。

所以PLL频率合成器同时做到较高的频率分辨率和较快的频率切换时间是很困难的。

频率合成技术简介频率合成技术是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实现都直接依赖于所用频率合成器的性能，频率合成器的性能好坏直接影响雷达、导航、通信、空间电子设备及仪器、仪表等现代设备的性能。

电子线路课程设计直接数字频率合成器学号：姓名：2011年11月摘要本篇论文主要讲了用eda设计dds。

用quartus 软件模拟仿真电路，并下载到芯片。

使电路能输出正余弦波，并可调节频率和相位。

并在这基础上进行一部分扩展，如能输入矩形三角形波。

关键词eda设计 dds quartusAbstract:This report introduces the EDA design is completed with Direct Digital Synthesis DDS process. This design uses DDS QuartusII 7.0 software design, and downloads SmartSOPC experimental system hardware.Key word eda design dds quartus目录设计要求 (4)方案论证 (4)各子模块设计原理 (6)调试，仿真及下载 (12)结论 (13)一．设计要求基本要求：1、利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现DDS的设计；2、DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM 实现，RAM结构配置成212×10类型；3、具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率fc=1MHz,由实验板上的系统时钟分频得到；4、系统具有使能功能；5、利用实验箱上的D/A转换器件将ROM输出的数字信号转换为模拟信号，能够通过示波器观察到正弦波形；6、过开关（实验箱上的Ki）输入DDS的频率和相位控制字，并能用示波器观察加以验证；提高部分：1、通过按键（实验箱上的Si）输入DDS的频率和相位控制字，以扩大频率控制和相位控制的范围；(注意：按键后有消颤电路)2、能够同时输出正余弦两路正交信号；3、在数码管上显示生成的波形频率；4、充分考虑ROM结构及正弦函数的特点，进行合理的配置，提高计算精度；5、设计能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波等）的多功能波形发生器；6、基于DDS的AM调制器的设计；7、自己添加其他功能。

dds数字式频率合成
数字式频率合成（DDS）是一种用数字信号处理技术生成精确频
率输出的方法。

它通常由相位累加器、相位转换器和数字控制振荡
器组成。

相位累加器用于累加一个固定的增量值，以产生一个不断
增加的相位值，而相位转换器则将这个相位值转换为对应的数字量，最后数字控制振荡器将这个数字量转换为模拟信号输出。

数字式频率合成具有以下优点：
1. 频率稳定性好，DDS技术可以实现非常精确的频率控制，输
出信号的频率稳定性高。

2. 调制灵活，DDS可以通过改变累加器的增量值来实现频率的
调制，因此调制灵活性强。

3. 相位连续性好，DDS可以实现相位的连续变化，因此在相位
控制方面表现优异。

4. 频率范围广，DDS可以实现从几赫兹到几千兆赫兹的频率范围。

然而，DDS也存在一些局限性：
1. 精度受限，DDS输出的精度受到数字量化误差的限制，可能
会引入非线性畸变。

2. 频率分辨率有限，DDS的输出频率受到数字量化的限制，因
此在高频率下可能会出现分辨率不足的问题。

3. 输出功率受限，DDS的输出功率受到数字控制振荡器的限制，可能无法满足一些高功率输出的需求。

综上所述，数字式频率合成技术在频率稳定性和调制灵活性方
面具有优势，但在精度、频率分辨率和输出功率方面存在一定局限性。

在实际应用中，需要综合考虑这些因素来选择合适的频率合成
方法。

目录第一章绪论 (1)1.1 课题设计的背景与意义 (1)1.1.1 课题设计的背景 (1)1.1.2 课题设计的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 课题设计的要求与内容 (4)1.3.1 课题设计的要求 (4)1.3.2 课题设计的内容 (4)1.4 课题设计方案 (5)第二章相关理论知识 (6)2.1 单片机 (6)2.2频率合成 (9)2.2.1 频率合成的基本概念 (9)2.2.2 DDS频率合成技术 (10)第三章基于DDS的频率合成系统硬件设计 (13)3.1 DDS的频率合成系统结构 (13)3.2 DDS电路设计 (14)3.3 AD9851的电路设计 (14)3.4改善DDS杂散的措施 (16)第四章系统的软件设计 (18)4.1数据输入及存储 (19)4.2计算FCW (19)4.3控制键实现输出频率微调 (19)4.4 频率合成系统测试结果及分析 (20)第五章总结与展望 (25)5.1 总结 (25)5.2 展望 (27)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (32)第一章绪论1.1 课题设计的背景与意义1.1.1 课题设计的背景在频率合成（FS, Frequency Synthesis）领域中，常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环等，直接数字合成(Direct Digital Synthesis －DDS)是近年来新的频率合成技术。

单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。

DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。

在通信、雷达、宇航和遥感遥测技术的飞速发展的今天，对信号源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求，单一的频率源已不再能满足现代通信的高标准要求。

国内外纷纷采用新的频率合成技术—直接数字频率合成。

从学术价值来看，直接数字式频率合成技术发展到现在，合成信号频率的精确度和频谱的纯度仍然是其今后发展的主要方向。