直接数字频率合成器DDS及其性能分析
论文资料 直接数字频率合成(DDS)基本原理
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。
直接数字频率合成器(DDS)总结
直接数字频率合成器（直接数字频率合成器（DDS DDS DDS）总结）总结知识收集2008-07-2113:45:46阅读128评论0字号：大中小订阅直接合成法是用一个或多个石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，由这些基准频率产生一系列的谐波，这些谐波具有与石英晶体振荡器同样的频率稳定度和准确度；然后，从这一系列的谐波中取出两个或两个以上的频率进行组合，得出这些频率的和或差，经过适当方式处理（如经过滤波）后，获得所需要的频率。
DDS 是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer ）的英文缩写。
直接数字式频率合成器（DDS ）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，由相位累加器、波形ROM 、D/A 转换器和低通滤波器构成。
时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM 的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM 的数据位字长和D/A 转换器位数。
结构框图如图2-1所示。
先分部分介绍其结构，后面会讲到总体原理。
相位增量（Phase Increment ）M ，也称为频率控制字，单纯的无单位（不代表弧度或者角度）无符号数。
相位累加器（Phase Accumulator ）由一个无符号数的加法器和一个寄存器构成，一个时钟周期完成一次加法运算。
量化器（Quantizer ）完成很简单的功能。
将较高精度，较大位宽的输入，丢弃低比特位，得到较低精度，较小位宽的输出，直接用作后面查找表的地址。
正余弦查找表（Sine/Cosine Lookup Table）存放正余弦数值。
DDS的工作原理：DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形[2]。
由于，（2-1）其中Δθ为一个采样间隔ΔT之间的相位增量，采样周期，即：（2-2）控制Δθ就可以控制不同的频率输出。
Δθ是由频率控制字M控制的，即：（2-3）所以改变M就可以得到不同的输出频率。
直接数字频率合成器(DDS PLL).
频率为
f out
fc M N 2
0 M 2N 1
频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为：
M ( f out 2 N ) f c
其中N是相位累加器的字长。频率控制字与输出信号频率成正比。由取样定理，所产生 的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出 频率不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。 在图中，相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。相位截断减小了查询表长 度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一器的分辨率，DDS的最小分辨率为
f min
fc 2N
这个增量也就是最低的合成频率。最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所 以有
f 0 max
fc 2
与PLL不同,DDS的输出频率可以瞬时地改变,即可以实现跳频，这是DDS的一个突 出优点，用于扫频测量和数字通讯中，十分方便。
续混频 分频,获得很小的频率步进,电路复杂,不易集成
– 直接数字合成法------DDS
VCO--用电压(流)控制振荡频率
改变C
改变R
改变L
改变电流
频率综合技术概述
• 开环VCO的频率稳定度和频率精度较低 • PLL使输出频率的稳定度和精度,接近参考 振荡源(通常用晶振)
PLL框图如下:
PLL的构成
DDS
这种技术的实现依赖于高速数字电路的产生，目前， 其工作速度主要受D/A变换器的限制。利用正弦信号的 相位与时间呈线性关系的特性，通过查表的方式得到信 号的瞬时幅值，从而实现频率合成。 DDS具有超宽的相对宽带，超高的捷变速率，超细 的分辨率以及相位的连续性，可编程全数字化，以及可 方便实现各种调制等优越性能。 但存在杂散大的缺点，限于数字电路的工作速度, DDS的频率上限目前还只能达到数百兆,限制了在某些 领域的应用。
DDS 直接数字频率合成器 实验报告(DOC)
直接数字频率合成器（DDS）实验报告课程名称电类综合实验实验名称直接数字频率合成器设计实验日期2015.6.1—2013.6.4学生专业测试计量技术及仪器学生学号114101002268学生姓名陈静实验室名称基础实验楼237教师姓名花汉兵成绩摘要直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS 或DDS）是一种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。
本篇报告主要介绍设计完成直接数字频率合成器DDS的过程。
其输出频率及相位均可控制，且能输出正弦波、余弦波、方波、锯齿波等五种波形，经过转换后在示波器上显示。
经控制能够实现保持、清零功能。
除此之外，还能同时显示出频率控制字、相位控制字和输出频率的值。
实验要求分析整个电路的工作原理，并分别说明了各子模块的设计原理，依据各模块之间的逻辑关系，将各电路整合到一块，形成一个总体电路。
本实验在Quartus Ⅱ环境下进行设计，并下载到SmartSOPC实验系统中进行硬件测试。
最终对实验结果进行分析并总结出在实验过程中出现的问题以及提出解决方案。
关键词：Quartus Ⅱ直接数字频率合成器波形频率相位调节AbstractThe Direct Digital Frequency Synthesizer is a technology based on fully digital technique, a frequency combination technique syntheses a required waveform from concept of phase. This report introduces the design to the completion of the process of direct digital frequency synthesizer DDS. The output frequency and phase can be controlled, and can output sine, cosine, triangle wave, square wave, sawtooth wave, which are displayed on the oscilloscope after conversation. Can be achieved by the control to maintain clear function. Further can simultaneously display the value of the frequency, the phase control word and the output frequency. The experimental design in the Quartus Ⅱenvironment, the last hardware test download to SmartSOPC experimental system. The final results will be analyzed, the matter will be put forward and the settling plan can be given at last.Key words:Quartus ⅡDirect Digital Frequency Synthesizer waveform Frequency and phase adjustment目录一、设计内容 (4)二、设计原理 (4)2.1 DDS概念 (4)2.2 DDS的组成及工作原理 (4)三、设计要求 (6)3.1 基本要求 (6)3.2 提高要求 (6)四、设计内容 (6)4.1 分频电路 (6)4.2 频率预置与调节电路 (10)4.3 累加器 (12)4.4 波形存储器（ROM） (13)4.5 测频电路 (19)4.6 译码显示电路 (21)4.7 消颤电路 (22)4.8 总电路 (23)五、电路调试仿真与程序下载 (24)六、示波器波形图 (25)七、实验中遇到的问题及解决方法 (25)八、电路改进 (26)九、实验感想 (28)十、参考文献 (28)一、设计内容设计一个频率及相位均可控制的具有正弦和余弦输出的直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS 或DDS）。
射频dds直接数字频率合成芯片
射频dds直接数字频率合成芯片
射频DDS（直接数字频率合成）芯片是一种集成电路芯片，它
可以通过数字信号直接合成射频信号。
这种芯片通常由数字控制器、相位累加器、数字-模拟转换器（DAC）、滤波器和射频输出级组成。
射频DDS芯片的工作原理是利用数字信号直接控制相位累加器，从
而实现射频信号的合成。
相位累加器会根据输入的数字控制信号累
加相位，然后经过数字-模拟转换器转换成模拟信号，再经过滤波器
进行滤波，最终输出到射频端口。
射频DDS芯片具有很高的频率分辨率和频率调制速度，能够实
现快速、精确的频率合成。
它还具有灵活的调制方式，可以通过改
变输入的数字控制信号来实现频率、相位和幅度的调制。
这种灵活
性使得射频DDS芯片在通信、雷达、无线电等领域有着广泛的应用。
在通信系统中，射频DDS芯片可以用于频率合成、调制解调、
信号发生和信号处理等方面。
在雷达系统中，它可以用于频率多普
勒处理、脉冲压缩和信号发生等方面。
在无线电设备中，射频DDS
芯片可以用于频率合成、频率调制、频谱分析和信号发生等方面。
总的来说，射频DDS芯片作为一种先进的集成电路芯片，具有
高性能、灵活性和广泛的应用前景，对于现代通信、雷达和无线电系统的发展具有重要意义。
直接数字频率合成技术DDS
幅
位
度
码
码
数模变换器 DAC
时 钟
低通滤波器 LPF 输出
图3-11 相位/幅度变换装置
假设DAC的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输 入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表3-1所示。
二进制幅度码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
表 3-1
十进制幅度 二进制幅度码
0.1875
0 +1.1875
续表 3 - 4
8 1000 17π/16 -0.1951 0011 0.1875 1 9 1001 19π/16 - 0.5556 1001 0.5625 1 10 1010 21π/16 - 0.8316 1101 0.8125 1 11 1011 23π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 12 1100 25π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 13 1101 27π/16 -0.8316 1101 0.8125 1 14 1110 29π/16 -0.5556 1001 0.5625 1 15 1111 31π/16 -0.1951 0011 0.8175 1
② 将模2π的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度， 这里幅度可先用代码表示，这可以用一只读存储器ROM来 存储一个正弦函数表的幅值代码；
③ 用幅度代码变换成模拟电压，这可由数模变换器 DAC来完成；
④ 相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间 内是保持的，最终从DAC输出的电压是经保持的阶梯波。
2. 相位与幅度的变换
累加器输出的相位码，需先经过一个相位码/幅度码变换 装置之后，再经数/模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波 器才能得到所需的模拟电压。
DDS相关内容及其杂散特性
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。
直接数字频率合成器(DDS)原理分析
直接数字频率合成器（DDS）原理分析直接数字频率合成器DDS（Direct Digital Frequncy Synthesizer）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。
其组成包括相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF），原理框图如图1所示。
以正弦波形合成为例，DDS合成频率的具体流程描述如下。
相位累加器由N位加法器与N位寄存器级联组成。
在时钟脉冲fc控制下，加法器将频率控制字K与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端。
寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的相位数据反馈到加法器的输入端；使加法器在下一时钟作用下继续与频率控制字进行相加。
这样相位累加器在时钟的作用下，进行相位的累加。
当相位累加器累加满时就会产生溢出，完成一个周期的动作。
通过改变相位控制字P可以控制输出信号的相位参数。
令相位加法器的字长为N，当相位控制字由0跃变到不为零的P时，波形存储器（ROM）的输入为相位累加器的输出与相位控制字P之和，所以输出的幅度编码相位增加。
波形的改变是通过改变W波形控制字实现的。
由于ROM中不同波形分块存储，所以当W改变时，ROM输入端为相移后的地址与W之和。
经过K、P、W设置后的相位累加器输出的数据作为ROM的取样地址，进行波形的相位—幅值转换，即可在给定时间上确定输出波形的抽样幅值。
N位的寻址ROM相当于把0o～360o的正弦波信号离散成具有2N个样值的序列，若波形ROM有D位数据位，则2N个取样点的幅值以D位二进制数值固化于ROM 中，按照地址的不同可以输出相应相位的正弦信号幅值。
幅度控制字能够控制ROM输出的正弦信号幅值的变化，乘法器（除法器）在DDS电路中相单于将每一个幅值量化值增大（缩小）了A倍。
由上面分析可以看出，DDS输出方程可表示为，f0为输出频率，fc为时钟频率。
当K=1时，DDS输出最低频率（即频率分辨率）为，而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，即fc/2，也就是说K的理论最大值为2N-1。
直接数字式频率合成器DDS
/dzdgdq/jsqy/40028.shtml/view/229432.htm?fr=ala0_1/view/38405.htm?fr=ala0_1_1直接数字式频率合成器DDS2010-04-25 18:06直接数字频率合成技术（Direct DigitalFrequencySynthesis，即DDFS，一般简称DDS）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。
DDS的工作原理是以数控振荡器的方式，产生频率、相位可控制的正弦波（SineWave）。
电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度／相位转换电路、D／A转换器和低通滤波器（LPF）。
其中，频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据（Frequency Data或相位步进量Phase Increment）。
相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器级联而成，对代表频率的二进制码进行累加运算，是典型的反馈电路，产生累加结果Y。
幅度／相位转换电路实质是一个波形存储器（WaveformMemory），以供查表使用。
读出的数据送入D／A转换器和低通滤波器。
具体工作过程如下：每来一个时钟脉冲Fclk，N位加法器将频率控制数据X与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果Y送至累加寄存器的输入端。
累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据X相加；另一方面，将这个值作为取样地址值送入幅度／相位转换电路（即波形存储器），幅度／相位转换电路根据这个地址值输出相应的波形数据。
最后，经数／模转换（D／AConverter）和低通滤波器（LowPass Filter）将波形数据转换成所需要的模拟波形。
相位累加器在基准时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，这样就完成了一个周期，这个周期也就是DDS合成信号的一个频率周期。
直接数字频率合成器DDS
1. 直接数字频率合成器DDS直接数字频率合成器DDS 是Direct Digital Synthesizer 的缩写，它是通信系统中常用到的部件。
用DDS 还可以作为很有用的信号源，与模拟式的频率锁相环PLL 相比，它有许多优点，其中以下两条最为突出：（1） 频率切换迅速由于不存在滤波环路，所以可以在极短的时钟周期内改变频率。
（2） 频率稳定度高由于采用了晶体振荡器作为时钟源，因此极高的频率稳定度。
2. 数字式波形生成的基础知识存储器与波形数据 如果一个存储器有n 条地址线，则这个存储器的存储空间为2n。
存储器中数据与波形的关系如图1所示。
假设在2n个存储单元内存放了一个周期的正弦波数据，则每个单元内的数据就表示正弦值的大小，这种存储器称为波形数据存储器。
图1表明了存储单元与正弦波形的对应关系。
如果重复地从0~2n -1单元读出波形数据存储器中的数据，在波形存储器的输出端就会得到周期的正弦序列；如果将周期的正弦序列输入到D/A 转换器，则会在D/A 转换器的输出端得到连续的正弦电压。
输出的正弦序列（或连续的正弦电压）的周期是由什么决定呢？它是由读出数据的时钟频率决定的。
如图2所示，设CLK 为加于波形存储器的时钟，该时钟的周期为T0，则其频率为fclk=1/T0。
显然，时钟频率越高，读取波形存储器内一个周期的数据所用的时间就越短，因而从D/A 转换器得到的正弦信号的频率就越高。
波形发生器的系统组成如图3所示为波形发生器的系统组成，其中，时钟fclk 加于二进制计数器，生成波形数据存储器所需的地址信号，地址信号的产生频率正比于时钟频率。
计数器的输出在0~2n -1之间周而复始地变化，从而使波形存储器输出周期的正弦序列，D/A 转换器则输出连续的模拟正弦电压波形。
图4所示给出了一周期的正弦波形与时钟周期的关系。
从图中可以得到fclk/f=2n ，这样一个重要关图1 存储器中的数据与波形的关系T0=1/fclk图2 时序逻辑电路的时钟形 图3 波形发生器的系统组成系。
关于DDS的深度解析
关于DDS的深度解析我知道，我对与电子有关的所有事情都很着迷，但不论从哪个角度看，今天的现场可编程门阵列（FPGA），都显得“鹤立鸡群”，真是非常棒的器件。
如果在这个智能时代，在这个领域，想拥有一技之长的你还没有关注FPGA，那么世界将抛弃你，时代将抛弃你。
DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写，是一项关键的数字化技术。
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。
上图所示是一个基本的DDS结构，主要由相位累加器、相位调制器、正弦ROM 查找表和D /A 构成。
图中的相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表是DDS结构中的数字部分，由于具有数控频率合成的功能，又合称为NCO。
相位累加器是整个DDS系统的核心，在这里完成相位累加功能。
相位累加器的输入是相位增量B∆θ=2N X fout /fclk，故相位累加器的输入又称为频率控制字，fclk为系统基准时钟，fout为输出的频率。
频率控制字还经过一组寄存器，该寄存器是同步的，使得当频率控制字改变时不会干扰相位累加器的工作。
相位调制器接收相位累加器的相位输出，在这里加上一个相位偏移值，主要用于信号的相位调制，如应用于通信方面的相移键控等，不使用此部分时可以去掉，或者将其设为一个常数输入。
同样相位字输入也要用同步寄存器保持同步。
正弦ROM查找表，完成fsin（B∆θ）的查找表转换，是相位到幅度的转换，内部存有一个完整周期正弦波的数字幅度信号，输入是ROM 的地址值，输出送往D /A，转化成模拟信号。
在参考时钟fclk控制下，频率控制字K与相位寄存器的输出反馈在相位累加器中完成加。
dds 芯片
dds 芯片DDS芯片，全称为直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer），是一种能够直接生成高精度数字频率信号的数字电路。
其原理是通过数字信号处理技术，将参考时钟信号分频后，经过相位累加器进行相位计算，再通过查表读取幅度数据，最后通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换成模拟信号输出。
DDS芯片的主要功能是用来产生各种复杂的波形信号，包括正弦波、方波、三角波等。
由于采用数字技术，在频率调整和生成各种模拟信号方面具有极高的灵活性和精度。
DDS芯片的输出频率范围广，可达数十千兆赫兹，频率分辨率也很高，可达数百、数千万分之一赫兹，因此被广泛应用于通信、雷达、仪器仪表、声音合成等领域。
DDS芯片的工作原理如下：首先，参考时钟信号会经过一个分频器，将其分频得到一个较低的频率信号，称为相量累加频率。
然后，将相量累加频率输入给相位累加器，相位累加器不断累加输入的相量累加频率，以得到相位信息。
最后，将相位信息输入给振荡器的控制输入端，控制振荡器输出信号的相位。
同时，通过振荡器输出的信号经过一个查表器，查表器根据输入的相位信息找到对应的幅度信息，然后通过DAC将数字信号转换为模拟信号输出。
DDS芯片的优点是具有高精度、快速调频、稳定性好等特点。
与传统的频率合成器相比，DDS芯片由于采用数字技术，可以直接生成所需频率的信号，无需通过频率分频器和相位累加器等模拟电路的串联，导致频率合成精度较高，频率稳定性好，而传统的电路调整频率时需要更换电子元器件并重新进行调试。
通过DDS芯片，可以生成各种复杂的波形信号，不仅可以产生常见的正弦波、方波、三角波等基本信号，还可以通过在查表中输入任意的幅度值来产生各种自定义波形。
这使得DDS芯片在声音合成、信号调制、激励信号产生等领域有广泛应用。
同时，由于DDS芯片具有高精度和可调性能，也被用于频率敏感的仪表设备和通信设备中。
综上所述，DDS芯片是一种能够直接生成高精度数字频率信号的数字电路。
dds数字式频率合成
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。
跳频电台中直接数字频率合成器(DDS)的研究
跳频电台中直接数字频率合成器（DDS）的研究软件电台是软件无线电技术在通信电台中的应用。
跳频通信是扩频通信的一种,具有抗干扰、抗截获的能力,并能作到频谱资源共享。
所以,在当前现代化的电子战中,跳频通信已显示出巨大的优越性。
另外,跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。
在跳频系统中,频率合成器是核心部件。
其跳频数和跳频速率是决定整个跳频通信系统性能的主要参数。
跳频系统对频率合成器的要求是:(1)输出频谱要纯;(2)频率切换速率快;(3)频率
达到稳定的时间短。
直接数字合成技术DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,是实现快速跳频的一个关键技术。
本文在研究了美国AD公司采用先进的DDS技术生产的高集成度频率合成器AD9954的基础上,提出了AD9954在跳频系统中的应用方案。
跳频方案采用软件无线电技术,采用DSP作为伪码发生器,控制DDS输出频率,得到相应的跳频图案。
由实物实验表明该设计合理可行。
直接数字频率合成器DDS的频谱分析[1]
![直接数字频率合成器DDS的频谱分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/d7ee75cc8bd63186bcebbc30.png)
n = 012 …( P - 1)
( 19)
IN T ( X) 是求整函数 , MOD ( X , Y) 是 X 对 Y 求 模 。根据 ( 15) 和 ( 19 ) 式得到的数学模型 , 可通过
计算机模拟算出 DDS 输出信号的精确频谱特性 。 方坤鹏 信息产业部电信科学技术第一研究所硕 士研究生
IN T
MOD( n × FCW , 2 N)
2 N-
num1
×
SIN 表的输出幅度由 num2 决定 , 最高位为
2π 2 num1
符号位 ,SIN 表输出的最大幅度如 ( 17) 式所示 : ( 17) SIN 表的输出幅度 = 2 num2 - 1 - 1 根据 ( 16) 和 ( 17) 式 ,可得 SIN 表中数值 V (L ) 为 : 2π V ( L ) = ( 2 num 2 - 1 - 1) ×cos L × num 1 2 num 1 ( 18) L = 012 …( 2 - 1) 实际中 ,SIN 表中的 V (L ) 值是 ( 18) 式取整后 的值 。对于 V ( n) 的取值可根据 ( 18) 式得出 :
V ( t) = Wi =
i=- ∞
π V ( n) i S IN C e P P
1 jw i ( n + ) T 2
( 13)
(13) 式是 n 时刻 、 周期为 P ⅹT 矩形脉冲的傅氏
系数 ,由于 ( 13) 式考虑了各个矩形脉冲的初始相 位 ,所以矩形脉冲序列的傅氏系数可用叠加方式 得到 。DDS 输出信号的傅氏系数则为 :
2 DDS 工作原理
DDS 作为一种频率合成器 , 它其实是应用了
取样原理 ,即以较高的参考频率作为取样时钟 ,在 时钟的每个周期内 , 输出设计者希望得到的频率 波形 取 样 值 。SIN 输 出 DDS 的 输 出 取 样 值 是 SIN 波形的取样值 。输出取样值大小由相位累加 器输出的相位决定 , 而输出波形的频率由设计者 送入 DDS 的频率控制字 ( FCW) 决定 。
DDS基本原理及技术指南
DDS基本原理及技术指南DDS是直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的简称，是一种使用数字技术合成连续可变频率输出信号的设备。
DDS技术已经广泛应用在各种通信、测量和控制领域中。
基本原理：DDS的基本原理是通过数字技术直接控制相位和频率，从而合成任意频率和形状的输出信号。
这与传统的模拟频率合成器（AFS）不同，模拟频率合成器需要使用模拟电路来合成频率。
DDS的核心组成部分是相位累加器、DAC和时钟。
相位累加器用于积累相位，DAC用于将相位转换为模拟信号。
时钟提供DDS系统的基本时钟频率。
通过调整相位累加器的步进值和DAC的输出解析度，DDS可以实现非常细腻的频率和相位调整。
此外，DDS还可以通过修改时钟频率来调整输出频率的精度和稳定性。
技术指南：1.时钟频率选择：DDS的输出频率是由时钟频率和相位累加器的步进值共同决定的。
选择适当的时钟频率可以提高DDS系统的输出频率范围和分辨率。
一般来说，时钟频率应远高于所需输出频率的最高频率。
2.相位累加器和相位步进值：相位累加器决定了输出信号的相位，相位步进值决定了输出信号的频率。
通过调节相位累加器的步进值可以实现频率的连续可调。
较小的相位步进值可以提高DDS系统的频率分辨率。
3.数字信号处理：DDS系统中的数字信号处理单元可以对输入信号进行调制和滤波等操作，以实现更复杂的信号处理功能。
通过合理选择数字信号处理算法和参数，可以改善DDS系统的性能和输出质量。
4.输出滤波：DDS系统的输出信号通常需要经过滤波处理，以去除数字部分带来的杂散和非线性失真。
选择合适的滤波器类型和参数可以提高输出信号的质量和纯度。
5.时钟稳定性和干扰抑制：DDS系统对时钟的稳定性和干扰非常敏感。
为了提高系统的性能和稳定性，应选择具有较低抖动和干扰的时钟源，并采取适当的抑制技术。
6.电源和地线设计：DDS系统对电源和地线的设计要求较高。
应该采取合理的电源隔离和滤波措施，以减少电源噪声和干扰。
直接数字频率合成器DDS及其性能分析
电子器件工作速度的提高 ,DDS 的输出频率上限 行傅氏变换 ,得到理想 DDS 输出的频谱表达式 :
∞
也s将e 可以提高. 其二 ,DDS 输出的模拟信号中杂
∑ S (ωn) = π S a
·
散寄生分量大 ,其中输出高频尤甚 ,它无法达到
l=- ∞
PLL 频率合成的频谱纯度. 其三 ,DDS 的n功A耗与
其一 ,根据取样定理 ,输出信号基波的最高频率将
低于参考时钟的一半 ,故若要提高输出频率将受
n = 1 ,2 , …
(1)
到器件 (如 DAC、ROM) 的速度限制. 目前输出频 S ( n) 通过 DAC 和低通滤波器 , 得到 DDS 的输出
率达到 450 M Hz 的 DDS 系统已研制成功. 随着 S ( t) ,显然 S ( t) 是连续时间的周期信号. 对它进
第 5 期 高泽溪等 :直接数字频率合成器 (DDS) 及其性能分析
617
mod 运算定义为
0 ≤ t ≤μTc
(9)
pmod q = p - int ( p/ q) q
通过 S′( t) 的傅氏变换 , 可以得到 S′(ω) 的表达
其中 int (·) 代表取整运算.
式 (略) ,对表达式分析说明 ,波形误差信号包含的
摘 要 介绍了直接数字频率合成器 DDS(Direct Digital Synt hesizer) 的组成 、工 作原理及性能 ;运用信号系统理论和方法详细分析了 DDS 的相位噪声 、杂散噪声 、数 字化截断误差对输出波形的影响以及 DAC 非线性对频谱纯度的影响等 ;还给出了相 应的分析计算公式和响应曲线 ;得出的结论对提高 DDS 输出信号的质量有一定意 义.
dds
组成：
频率预置与 K
调节电路 N位
N位 波形 S(n) D/A S(t) 低通 累加器 存储器 D位 转换器 滤波器
fc
2、DDS原理
频率预置与 K
调节电路 N位
N位 波形 S(n) D/A S(t) 低通 累加器 滤波器 存储器 D位 转换器
fc
(1)频率预置与调节电路
作用：实现频率控制量的输入； 不变量K被称为相位增量，也叫频率控制字。
直接数字频率合成器
1、概念
(1)频率合成技术
利用频率合成的方法，使某一（或多个）基准频率，通 过一定的变换与处理后，形成一系列等间隔的离散频率。
(2)频率合成技术应用
短波通信：要求通信机能在2--30MHz频段内，提供以100Hz 为间隔的28万个频率点； 移动通信：要求通信机能在150、400、900、1800MHz频率附 近提供上百个频率点； 其他各种电子应用领域，如：电子对抗、现代电子测量仪 器等。
data2
q[7..0]
data2
正弦ROM 4位相位控制字P
addr [7..0] q[7..0] clk
8位D触发器
data [7..0] clk q[7..0]
正弦波 数值输出
基准时钟fc
频率和相位均可控制的具有正弦和余弦输出的DDS 核心单元电路示意图
(3)频率合成的方法
1）直接式频率合成器
利用单个或多个不同频率的晶体振离散频率的输出信号。
2）间接式频率合成器（锁相频率合成器）
基于锁相环的同步原理，由锁相环的压控振荡器间接产生 所需的频率输出的一种技术。
3）直接数字频率合成器（DDS）
Sin(t)
Sin(t)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Φr ( n) = n Kmod 2 N - n Kmod 2 B (3) 此处 mod 表示模除运算. 对任意两个整数 p 、q ,
3) 影 响 DDS 主 要 技 术 性 能 的 因 素 : 由 于 ②没有幅度量化误差 ; ③DAC 具有理想的转换特
DDS 的工作原理是基于数字取样及数模恢复的 性. 这样理想的 DDS 输出的样本序列为
处理 ,所以第上5述主要性能受到 其 工卷作原理的限制 :
S ( n) = cos
S r ( n) = cos
-
2π 2N
·
量化噪声总功率之比近似为
R (S/ N) ≈ 6102 D + 1176 dB
(11)
可见 ,幅度量化的D 信噪比随着量化位数 D 的增加
而提高. 如果 D = 12 , 那么幅度量化的信噪比能
sin
·εp ( n)
(7) 达到 72 dB.
o exp
w·n
其时钟频率成正比 ,故在供电受到限制的场合且
∞
又要求有较高的频率输出 ,DDS 就有局限性f u .
∑ δ[ω - 2 π ( l f cr- f o) ] +π S a
l=- ∞
ac ·
2 DDS 的噪 声分析
ex p n e l
·
频率合成器的主要技术指标包括 :频率范围 、 频率分辨率 、频率转换时间 、相位/ 频率稳定度 、频 谱纯度 (包括相位噪声 、谐波和杂散噪声) 等.
我们所设计的 DDS201A 高分辨率频率合成 器(频率范围 011 Hz～15 M Hz ,频率分辨率 011 Hz ,转换速率小于 2μs ,输出谱纯度优于 50 dB) 是 用 DDS 集成芯片实现的. DDS 的噪声直接影响整 个频率合成系统的特性 ,故对 DDS 输出的噪声分 析是必要的. 下面主要讨论正弦输出的 DDS 的相 位噪声和杂散噪声.
基于 DDS 的组成和工作原理 ,可以看出它具 有下列若干特点 :
1) DDS 的频率控制字 K 由 N 位的二进制数 组成 ,即使用 N 位二进制累加器 , 故频率分辨率 等于最低输出频率 f c/ 2 N , 只要 N 足够大 , 即累 加器的位数具有足够长度 , 总能得到所需的频率 分辨率. 输出频率由频率控制字决定 :
1第99284年卷
10 月 第5期
北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics
October 1998 Vol. 24 No15
直接数字频率合成器( DDS) 及其性能分析
高泽溪 高 成
(北京航空航天大学 工程系统工程系)
Amfo =
π·2
B-
n
N
Sa
Sa
(10)
期的阶梯波 ,对εp ( t) 作傅氏变换 , 得到相位误差 这就说明在相位舍位的情况下 , 在主谱周围产生
信号的频谱函数 :
杂散 频 率 信 号 , 且 幅 值 是 不 同 的 , 图 3 给 出 了
∑ ∑ ε转p (换ω ) =
∞∞
相位 j
m = - ∞n =1
其中 , S′( t) 在一个周期内可表示为
f m = lf c ±nf n
μ- 1
∑ S′( t) = sin n =1
其中 f o 为输出频率 ; f c 为时钟频率 ; f n 是误差 信号εp ( t) 的频谱在 ( 0 , f c/ 2) 内幅度第 n 个大的
当 K = m ·2 B ( m = 1 , 2 , …) 时 , 有 εp = 0. 由模除 频率分量 ,频率对应的幅度 :
运算性质可知 εp ( n) 是一个严格 的 周 空期序列 , 相航 天 位误差信号 εp ( t) (εp ( n) 的连续时间表示) 是周
第 5 期 高泽溪等 :直接数字频率合成器 (DDS) 及其性能分析
617
mod 运算定义为
0 ≤ t ≤μTc
(9)
pmod q = p - int ( p/ q) q
通过 S′( t) 的傅氏变换 , 可以得到 S′(ω) 的表达
其中 int (·) 代表取整运算.
式 (略) ,对表达式分析说明 ,波形误差信号包含的
2B n
mf c
fc
nf的pπ噪.
DDS 在相位舍位情况下的输出频谱. 等 出
D
mf c + nf p fc
(6)
其中
f p = λa f c
上式表明 :εp ( t) 由频率为 f = m f c ±nf p ( m ,
n = 0 , ±1 , ±2 , …) 的分量组成 , 由于随着频率 f
关键词 频率合成器 ; 频谱 ; 分辨率 ; 相位噪声 分类号 TN 91118
在现代战争中 ,电子系统的应用极为广泛 ,有 人称现代化战争为电子战. 频率合成技术是电子 系统中非常关键的技术 ,在雷达 、通信 、武器制导 、 电子对抗等方面 ,它们要求在一个很宽的频率范 围内以快捷的速度 ,提供大量高精度 、高稳定度的 频率信号. 虽然锁相频率合成技术发展非常快 ,应 用也很广泛 ,但是频率转换速度不快 ,电路和微机 控制复杂. 新出现的 DDS 及其与锁相技术组合技 术将成为频率合成技术的新潮流. 所以目前国外 非常重视频率合成技术的研究. 高分辨率 ,宽工作 频段 ,低相位噪声 ,高捷变速率的频率合成器的系 列产品不断涌现. 直接频率合成 (DDS) 是近年来 出现的一种频率合成器的新方法. 由于应用全数 字的大规模集成技术 ,具有体积小 、价格低 、频率 分辨率高 、快速换频 ,易于智能控制等突出特点 , 近年来 DDS 发展迅速 ,倍受青睐. 本文就正弦输 出的 DDS 的工作特点和技术性能进行分析.
616
北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 1998 年
至 40 % f c ) , 超 高 的 频 率 转 换 速 度 (μs 至 ns 量
2) 杂散噪声
级) ,超高的频率分辨率 , 以及频率转换时相位保
DDS 系统输出信号中杂散噪声较多 , 这是它
持连续 , 可以输出宽带的正交信号 , 易单片集成 , 的不足之处. 通过对杂散噪声的分析 、研究 , 在它
4) 相位舍位条件下对 DDS 输出波形影响
的幅度编码是由有限位二进制数表示的 , 这样就
DDS 中存在的相位舍位 , 其效果等于在理想 存在着幅度量化误差 ,纯粹从量化观点看 ,设正弦
参数 DDS 输出信号引入了相位调制 , 调制周期为 波的样点值用 D 位二进制码表示 , 则信号功率与
λTc. 这时 DDS 的输出波形序列 :
δ[ω - 2π( lf c + f o) ]
(2)
其中
Sa( x)
=
sin x
x
图 2 就是根据式 (2) 作出的理想 DDS 输出频谱.
图 2 理想 DDS 的输出频谱
式 (2) 表明 :理想 DDS 的输出信号只在 f = lf c ±f o 处存在杂散分量.
实际上 DDS 系统并不满足前面 3 个条件 , 因 此实际 DDS 的输出将产生较高的杂散分量.
1) 相位噪声 由 DDS 原理可知 ,它本身实际是一个分频系 统 ,故可以表示为
f o = K ·f c/ 2 N = f c/ M 其中 N 为相位累加器的位数 ; K 为频率控制 字 ;其等效的分频系数 M = 2 N / K.
由分频器的相位噪声性能可知 :分频输出的 相位噪声将比其输入信号低 20 log M dB , 因此理 论上 DDS 的相位噪声应比钟源的相位噪声改善 20 log (2 N / K) dB ,但由于 DDS 输出信号的相位噪 声除了取决于钟源的相位噪声外 , 还和其它因素 (如数字电路的触发噪声) 有关 , 所以实际上达不 到理论值.
其一 ,根据取样定理 ,输出信号基波的最高频率将
低于参考时钟的一半 ,故若要提高输出频率将受
n = 1 ,2 , …
(1)
到器件 (如 DAC、ROM) 的速度限制. 目前输出频 S ( n) 通过 DAC 和低通滤波器 , 得到 DDS 的输出
率达到 450 M Hz 的 DDS 系统已研制成功. 随着 S ( t) ,显然 S ( t) 是连续时间的周期信号. 对它进
fo =
K
·f 2
c N
根据采样定理 , DDS 的最高输出频率应小于 f c/
2 ,实际应用中一般只能达到 40 % f c.
2) DDS 具有超宽的相位频率带宽 (由 f c/ 2 N
图 1 DDS 原理简图 收稿日期 : 1997204203 第一作者 男 57 岁 教授 100083 北京
摘 要 介绍了直接数字频率合成器 DDS(Direct Digital Synt hesizer) 的组成 、工 作原理及性能 ;运用信号系统理论和方法详细分析了 DDS 的相位噪声 、杂散噪声 、数 字化截断误差对输出波形的影响以及 DAC 非线性对频谱纯度的影响等 ;还给出了相 应的分析计算公式和响应曲线 ;得出的结论对提高 DDS 输出信号的质量有一定意 义.
的增加 ,对应的幅度按 S a ( f x/ f c) 规律衰减 ( f x =
图 3 DDS 在相位舍位条件下的输出频谱
m f c ±nf p) ,因而可以只考虑εp ( t) 在 ( 0 , f c/ 2) 内
5) 幅度量化误差对 DDS 输出频谱的影响