直接数字式频率合成器
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。
直接数字频率合成的优缺点
直接数字频率合成的优缺点直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDFS）是一种通过数字信号处理技术生成高频信号的方法。
DDFS 可以用于各种应用，包括实验室测试、通讯和雷达系统等。
本文将讨论 DDFS 的优缺点。
优点稳定性DDFS 系统中只能从数字源获得频率，所以频率精度非常高。
DDFS 的准确性可以通过采用高质量的晶体振荡器和时钟同步技术来进一步提高。
此外，由于数字元件的稳定性，DDFS 的频率是非常稳定的。
灵活性DDFS 提供了比传统频率合成器更高的灵活性。
传统频率合成器需要使用不同的电路元件来生成不同的频率。
而 DDFS 只需要更改一个寄存器的值就可以改变输出的频率。
这使得 DDFS 可以快速地切换到所需的频率。
精度DDFS 提供比传统频率合成器更高的频率精度。
通过使用高质量的时钟和数字信号处理技术，DDFS 可以实现更准确的频率合成。
这对于许多应用非常重要，特别是在需要极高精度的测量中。
缺点失真DDFS 的一个主要问题是可能造成频率和幅度失真。
失真主要由于 DDS 中非线性项的存在，所以如果 DDS 的输入信号过大或一些不必要的转换发生，则可能会引起失真。
算法复杂性DDFS 的另一个缺点是算法的复杂性。
DDS需要执行许多乘法，幅度控制和相位控制等方面的处理。
算法处理需要大量的计算资源和存储器，并且在高频率合成模式下需要很高的速度。
噪声DDFS 可能会产生高质量的频率，但其输出信号中可能会存在一些噪声。
这是因为数字钳位器是离散的，在连续函数之间插入折线。
这种折线可能会导致噪声。
结论总体而言，DDFS 是非常有用的高精度频率合成技术。
它提供比传统模拟技术更高的稳定性、精度和灵活性。
然而，如此高度的精细度和稳定性需要更多的计算资源和存储器，并且需要处理单元更加复杂。
此外，当噪声存在时，可能需要额外的滤波和缓冲来获得可接受的输出信号质量。
传统的频率合成器与 DDFS 之间相互竞争，这取决于应用程序和准确度要求。
直接数字频率合成器原理
直接数字频率合成器原理直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer，简称DDFS）是一种用于产生高精度、稳定的频率信号的电子设备。
它通过数字电路实现频率的直接合成，可以产生任意频率的信号，并且具有快速调谐、高精度以及低相位噪声等优点。
本文将介绍DDFS的工作原理及其在实际应用中的重要性。
一、工作原理DDFS的核心组成部分是相位累加器（Phase Accumulator）、频率控制字（Frequency Control Word）和查表器（Look-up Table）。
相位累加器通过不断累加频率控制字的值，从而产生一个随时间线性增加的相位值。
查表器中存储了正弦波的采样值，通过查表器可以根据相位值得到对应的正弦波样本。
最后，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
具体来说，DDFS的工作原理如下：1. 频率控制字：频率控制字是一个二进制数，用于控制相位累加器的累加速度。
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值，从而决定了输出信号的频率。
2. 相位累加器：相位累加器是一个寄存器，用于存储当前的相位值。
相位累加器的值会在每个时钟周期根据频率控制字的大小进行累加。
相位累加器的位数决定了相位的分辨率，位数越多，相位分辨率越高，输出信号的频率分辨率也越高。
3. 查表器：查表器中存储了一个周期内的正弦波样本值（或余弦波样本值），通过查表器可以根据相位累加器的值得到对应的正弦波样本值。
4. 数模转换器：数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
通常使用的是高速数模转换器，能够将数字信号以高速率转换为模拟信号输出。
二、应用领域DDFS在许多领域中都有广泛的应用，其中包括通信、雷达、测量、音频处理等。
1. 通信领域：在通信系统中，DDFS被广泛应用于频率合成器、频率调制器和频率解调器等模块中。
通过DDFS可以快速、精确地合成所需的信号频率，实现高速数据传输和频谱分析等功能。
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。
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器
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。
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。
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。
直接数字频率合成的优缺点
直接数字频率合成的优缺点什么是直接数字频率合成？直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDFS）是一种基于数字信号处理技术的频率合成方法。
它通过数字信号产生器（Digital Signal Generator，DSG）的输出，实现对任何频率和任何波形的生成。
DDFS的原理是将相位累计器作为计数器，将其输出作为一个带宽窄的方波信号，再通过低通滤波器将其转换为连续的正弦波信号，以实现目标波形的合成。
直接数字频率合成的优点精度高DDFS是一种准确的频率合成方法。
因为它是以数字信号的方式输出波形，消除了模拟电路中产生的误差和漂移。
另外，DDFS在频率和相位的控制上，具有高精度的输出能力，提高了合成波形的质量和准确性。
范围广DDFS的输出范围非常广，它可以产生任何频率的波形信号。
而且不同于模拟频率合成器，DDFS的频率可由外部控制，输出频率可以实现广范围内的变化调节。
这种灵活性帮助工程师在频率范围需要变化的应用中，更轻松地调节输出信号。
稳定性好DDFS是一种基于数字信号的频率合成方法，它的信号源压缩了使用模拟电路时容易出现的波动、漂移等不稳定性，所以它具有较高的稳定性。
在多种温度和电压变化的应用中，DDFS可以提供相同的性能，这意味着在设计过程中不需要太多的环境测试与调试。
直接数字频率合成的缺点抗干扰能力差DDFS在抗干扰方面相对较差。
接收到使相位累计器发生错误计数的干扰信号，会导致输出波形的失真或异常。
这可能限制DDS的应用范围，特别是在高强度干扰环境下的应用中，DDFS可能会出现输出失真现象。
噪声高DDFS在合成信号时，会引入噪声，特别是在比较低的频率下噪声会非常明显。
噪声来自于相位计数器的数字量化以及DDS输出的工作频率和时钟相互种衍生的问题，对某些高精度应用造成质量上的影响。
售价较高相比于模拟信号发生器和频率合成器而言，DDFS的售价更高。
其内含的高精度时钟与数字量化模块、COSS/FOSS转换器以及快速控制电路等，使其在调制精度、计算速度、同时售价等方面相对更高。
简易DDS频率合成器设计
目录第一章系统分析与设计方案 (1)1.1 DDS设计原理介绍 (1)1.2直接数字式频率合成器(DDS)的基本结构 (1)1.3基本DDS结构的常用参量计算 (1)1.3.1 DDS的输出频率f out 。
(1)1.3.2 DDS产生的相位。
(1)1.3.3 DDS的频率分辨率。
(1)1.3.4 DDS的频率输入字FW计算。
(2)1.4 DDS的工作原理 (2)1.4.1相位累加器与频率控制字FW (2)1.4.2 相位控制字PW (2)第二章软件设计 (3)2.1 Verilog HDL程序 (3)2.1.1 8位加法器程序代码 (3)2.1.2 16位加法器程序代码 (3)2.1.3 8位寄存器程序代码 (3)2.1.4 16位寄存器程序代码 (4)2.1.5 dds代码程序 (4)2.1.6 ROM的创建 (4)第三章实验仿真 (5)3.1 原理图 (5)3.1.1 ROM (5)3.1.2 八位加法器 (5)3.1.3 十六位加法器 (5)3.1.4 八位寄存器 (6)3.1.5 十六位寄存器 (6)3.2 仿真波形 (6)3.3 D/A转换电路 (9)3.3.1 DAC0832结构及工作原理 (9)3.3.2 D/A转换电路模块 (10)3.4 实验结果 (10)3.5 调试过程 (10)3.5.1对adder8、adder16、reg8、reg16的调试 (10)3.5.2. D/A转换电路的调试 (10)3.5.3．输出波形的调试 (10)第四章心得体会 (11)第五章参考文献 (12)第一章系统分析与设计方案1.1 DDS设计原理介绍DDS即Direct Digital Synthesizer数字频率合成器，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，是一种新型的数字频率合成技术。
具有相对带宽大、频率转换时间短、分辨力高、相位连续性好等优点，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制，广泛应用于通讯领域。
EDA课程设计直接数字频率合成器(DDS)
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 D D S 的 原 理
03 D D S 的 硬 件 实 现
04 D D S 的 应 用
05 D D S 的 软 件 仿 真 与实现
06 D D S 的 优 化 与 改 进
医疗领域：用于 医疗设备的信号 处理和传输
军事领域：用于 雷达、通信、电 子对抗等设备的 信号处理
工业领域：用于 工业自动化设备 的信号处理和控 制
Part Five
DDS的软件仿真与 实现
软件仿真工具介绍
MATL AB：强大的数学计算和图形处理 能力，适合进行信号处理和仿真
Simulink：MATL AB的扩展工具，可以 进行系统级仿真，支持DDS模块
DDS的动态范围扩展
动态范围扩展原理：通过调整DDS的输出电压和频率，实现动态范围的 扩展 动态范围扩展方法：采用数字信号处理技术，如滤波、放大、压缩等
动态范围扩展效果：提高DDS的输出信号质量，降低噪声和失真
动态范围扩展应用：在通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛应用
THANKS
汇报人：
DDS的频率分辨率优化
频率分辨率定义：衡 量DDS性能的重要参 数，表示输出信号的 频率精度和稳定度。
优化方法1：采用高 精度的参考时钟源， 提高时钟频率，减小 DDS的相位截断误差。
优化方法2：增加相 位累加器的位数，扩 大频率调制的范围， 提高频率分辨率。
优化方法3：采用数 字滤波技术，对DDS 输出信号进行滤波处 理，减小杂散分量， 提高频率分辨率。
实际应用：通过对DDS的相位噪声 进行降低，可以提高信号的纯度， 减小干扰和失真，从而提高通信、 雷达、电子对抗等系统的性能。
FPGA技术-直接数字频率合成器
COMPONENT REG32B PORT ( LOAD : IN STD_LOGIC; DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0); DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0) );
END COMPONENT; COMPONENT REG10B
接下页
PORT ( LOAD : IN STD_LOGIC;
DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0);
DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0) );
END COMPONENT;
COMPONENT ADDER32B
PORT ( A : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);
B : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);
S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0) );
END COMPONENT;
COMPONENT SIN_ROM
PORT ( address : IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0);
inclock
: IN STD_LOGIC ;
接下页
q
: OUT STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0) );
END COMPONENT;
SIGNAL F32B，D32B，DIN32B : STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);
为了对进行数字量化，把切割成2N份，由此每个clk周期的 相 为整数
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。
实现直接数字频率合成器的种技术方案
实现直接数字频率合成器的种技术方案嘿，小伙伴们，今天我来和大家聊聊如何实现一款牛气冲天的直接数字频率合成器（DDS）。
这可是电子领域里的一大神器，不仅能实现高速频率转换，还能精确控制输出波形，简直是实验室和工业界的宠儿。
下面，我就用我那十年磨一剑的经验，给大家带来一份实操性强的技术方案。
我们要明确DDS的核心原理。
DDS的核心在于一个叫做相位累加器的家伙，它通过不断地累加相位，来控制数字到模拟转换器（DAC）的输出，从而实现频率合成。
那么，我们就来一步步打造这款神奇的DDS。
一、硬件设计1.1选用合适的FPGA芯片FPGA是DDS的核心，负责实现相位累加、正弦查找表、DAC输出等功能。
我们要根据项目需求，选择合适型号的FPGA芯片。
这里我推荐使用Xilinx或Altera的高端FPGA，它们具有丰富的逻辑资源和高速DAC接口，能够满足DDS的高性能要求。
1.2设计数字下变频器数字下变频器是DDS的关键部分，它负责将高频信号转换为低频信号。
我们可以采用数字滤波器来实现这一功能。
在设计过程中，要注意滤波器的类型、阶数和截止频率等参数，以确保信号转换的准确性和稳定性。
1.3设计DAC输出电路DAC输出电路负责将数字信号转换为模拟信号。
这里我们可以选择串行或并行DAC，根据FPGA的接口和性能要求来确定。
同时，要设计合适的驱动电路，确保DAC输出信号的幅度和波形。
二、软件设计2.1相位累加器设计相位累加器是DDS的核心，它决定了输出频率的精度。
在设计相位累加器时，要注意字长和累加速率，以满足频率分辨率和转换速度的要求。
2.2正弦查找表设计正弦查找表是DDS的关键部分，它用于查找正弦波的采样值。
在设计查找表时，要考虑查找表的深度和宽度，以确保输出波形的精度。
2.3数字滤波器设计数字滤波器是数字下变频器的核心，它决定了信号转换的准确性和稳定性。
在设计滤波器时，要选择合适的滤波器类型、阶数和截止频率等参数。
2.4控制界面设计控制界面是用户与DDS交互的桥梁，它负责接收用户输入的频率、幅度等参数，并控制FPGA实现相应的功能。
直接数字频率合成知识点汇总(原理_组成_优缺点_实现)
直接数字频率合成知识点汇总（原理_组成_优缺点_实现）直接数字频率合概述DDS同DSP（数字信号处理）一样，也是一项关键的数字化技术。
DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。
DDS 是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。
直接数字频率合成是一种新的频率合成技术和信号产生的方法，具有超高速的频率转换时间、极高的频率分辨率分辨率和较低的相位噪声，在频率改变与调频时，DDS能够保持相位的连续，因此很容易实现频率、相位和幅度调制。
此外，DDS技术大部分是基于数字电路技术的，具有可编程控制的突出优点。
因此，这种信号产生技术得到了越来越广泛的应用，很多厂家已经生产出了DDS专用芯片，这种器件成为当今电子系统及设各中频率源的首选器件。
直接数字频率合成原理工作过程为：1、将存于数表中的数字波形，经数模转换器D/A，形成模拟量波形。
2、两种方法可以改变输出信号的频率：（1）改变查表寻址的时钟CLOCK的频率，可以改变输出波形的频率。
（2）、改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法。
步长即为对数字波形查表的相位增量。
由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址。
3、D/A输出的阶梯形波形，经低通（带通）滤波，成为质量符合需要的模拟波形。
直接数字频率合成系统的构成直接数字频率合成主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器、数/模转换器、低通平滑滤波器等构成。
其中，参考频率源一般是一个高稳定度的晶体振荡器，其输出信号用于DDS中各部件同步工作。
DDS的实质是对相位进行可控等间隔的采样。
直接数字频率合成优缺点优点：（1）输出频率相对带宽较宽输出频率带宽为50%fs（理论值）。
但考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制，实际的输出频率带宽仍能达到40%fs。
（2）频率转换时间短DDS是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。
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。
直接数字式频率合成器（DDS）的基本原理
直接数字式频率合成器（DDS）的基本原理雷达通信电⼦战相⽐于普通信号源，频率合成器通常频谱更纯、相位噪声更低、频率的切换更快，可分为直接式频率合成器、间接式频率合成器以及直接数字式频率合成器。
直接式频率合成器直接式频率合成器由混频器、倍频器和分频器等组成，对标准频率源进⾏加减乘除等必要的算术操作，再通过放⼤、滤波后分离选出需要的频率信号。
直接式频率合成器设计复杂、效率低下，输出的频率是离散调谐⽽不是连续调谐的，产⽣的虚假频率也可能很多。
它的频率选择速度取决于射频转换速度和在滤波器中的传播，⼀般为⼏⼗到⼏百纳秒级。
间接式频率合成器间接式频率合成器是利⽤锁相环(PLL)原理，⽤标准频率源来控制压控振荡器得到需要的频率。
它有模拟和数字之分，但是多采⽤数字式锁相环，从⽽实现特定场合的⾼性能频率源。
相⽐于直接式频率合成器，它的电路相对简单、体积⼩、重量轻、较省电等特定，但是其频率的切换速度较慢，达到⼏⼗微秒以上，并且环路还存在失锁的可能。
直接数字式频率合成器随着数字技术和MMIC技术的⾼速发展，直接数字式频率合成器(DDS)已⼴泛应⽤于信号产⽣器、电⼦战、数据数字传输等场合。
其关键部件包括：数模转换器、相位累加器、存储器等。
DDS的优点有：频率转换速度快、频率步长精确、相位连续、输出平衡⽆瞬变过程，同时它还具有结构简单、体积⼩、重量轻和成本低等优点。
基本原理DDS系统的核⼼是相位累加器，其内容会在每个时钟周期更新，存储在相位寄存器中的数字M就会累加⾄相位寄存器中，相位累加器的截断输出⽤作正弦(或余弦)查找表的地址，每个地址对应正弦波从0~360度的⼀个相位点，相位信息通过查找表映射⾄数字幅度字，进⽽驱动DAC。
对于n位的相位累加器，存在2的n次⽅个可能的相位点，如果时钟频率为fc，则输出正弦波的频率计算公式如上图中所⽰。
在实际DDS系统中，通常相位输出会被截断，这样可以⼤⼤减⼩查找表的⼤⼩，并且不会影响频率分辨率，但是会最终输出会增加相位噪声。
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实验八 直接数字式频率合成器（DDS ）程序设计与仿真实验
1 实验目的
(1) 学习利用EDA 技术和FPGA 实现直接数字频率合成器的设计。
(2) 掌握使用Quartus Ⅱ原理图输入设计程序。
2 实验仪器
（1）GW48系列SOPC/EDA 实验开发系统
（2）配套计算机及Quartus II 软件
3 实验原理
直接数字频率合成技术，即DDS 技术，是一种新型的频率合成技术和信号产生方法。
其电路系统具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换，并且在改变时能够保持相位的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。
传统的生成正弦波的数字是利用—片ROM 和一片DAC ，再加上地址发生计数器和寄存器即可。
在ROM 中，每个地址对应的单元中的内容(数据)都相应于正弦波的离散采样值，ROM 中必须包含完整的正弦波采样值，而且还要注意避免在按地址读取ROM 内容时可能引起的不连续点，避免量化噪音集中于基频的谐波上。
时钟频率f clk 输入地址发生计数器和寄存器，地址计数器所选中的ROM 地址的内容被锁入寄存器，寄存器的输出经DAC 恢复成连续信号，即由各个台阶重构的正弦波，若相位精度n 比较大，则重构的正弦波经适当平滑后失真很小。
当f clk 发生改变，则DAC 输出的正弦波频率就随之改变，但输出频率的改变仅决定于f clk 的改变。
为了控制输出频率更加方便，可以采用相位累加器，使输出频率正比于时钟频率和相位增量之积。
图1所示为采用了相位累加方法的直接数字合成系统，把正弦波在相位上的精度定为n 位，于是分辨率相当于1／2n 。
用时钟频率f P 依次读取数字相位圆周上各点，这里数字值作为地址，读出相应的ROM 中的值(正弦波的幅度)，然后经DAC 重构正弦波。
这里多了一个相位累加器，它的作用是在读取数字相位圆周上各点时可以每隔M 个点读一个数值，M 即力图1中的频率字。
这样，DAC 输出的正弦波频率f sin 就等于“基频” f clk 1／2n 的M 倍，即DAC 输出的正弦波的频率满足下式：
)2(sin n clk f M f (1)
这里，f clk 是DDS 系统的工作时钟，式(6-1-1)中的n 通常取值在24~32之间，由图1可知，
相位分辨率至少是1/16777216，相当于2.146x10-5度。
相位增量值可预置，通过相位累加器，选取ROM的地址时，可以间隔选通。
相位寄存器输出的位数一般取10—16位，这是截断式用法，以减少ROM的容量。
假定用16位，最大相位不连续相当于96dB。
若DAC的位数为N位，则所用ROM的字长也为N。
图1 DDS基本结构
如图1所示的DDS基本原理组成框图结构特点如下：其中clk来自为高稳性晶振或由PLL提供，用于提供DDS各种部件的同步工作。
DDS核心的相位累加器由—个N位字长的二进制加法器和一个有时钟f clk取样的N位寄存器组成，作用是对频率控制字进行线性累加：波形存储器中所对应的是一张函数波形查询表，对应不同的相位码址输出不同的幅度编码。
当相位控制字为0，相位累加输出的序列对波形存储器寻址，得到一系列离散的幅度编码，相位累加器位宽和采样点关系如图2所示。
该幅度编码经D／A转换后得到对应的阶梯波，最后经低通滤波器平滑后可得到所需的模拟波形。
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信号的一个频率周期。
图2 相位累加器位宽和采样点关系
4 实验内容
图3是根据图1的基本DDS原理框图做出的电路原理图的顶层设计，其中相位累加器的位宽是32。
图中共有三个元件和一些接口，说明如下：
（1）32位加法器ADDER32.由LPM_ADD_SUB宏模块构成。
设置了2级流水线结构，使其在时钟控制下有更高的运算速度和输入数据稳定性。
（2）32位寄存器DFF32.由LPM_DFF宏模块担任。
ADDER32和DFF32构成一个32位相位累加器，其高10位A[31..25]作为波形数据的ROM的地址。
（3）正弦波形数据ROM。
正弦波形数据ROM模块sim_rom的地址线和数据线位宽都是10位。
这就是说，其中一个周期的正弦波数据有1024个，每个数据有10位。
其输出可以接一个10位的高速DAC；如果只有8位，可以截去低2位输出。
ROM中的MIF数据文件由mif_maker2010生成，使用方法见教材附录P413-414.
（4）频率控制字输入B[24..17].本来的频率控制字是32位，但为了方便实验验证，把高于24位和低于17位的输入预先设置成0或1.对于+5E系统，此8位数据可以由两个拔码开关控制输入。
（5）编译和下载。
选择模式5。
时钟频率CLK直接接入20MHZ。
输出DAC-CLK用于作为外部DAC工作时钟。
Clk接PIN_28，B[24..17]接PIN_240,239,238,237,236,235,234,233; ADC[9..2]接PIN_168,167,166,165,164,163,162,161。
图3 原理图
5．仿真波形
程序中部分模块仿真结果如下图所示。
①32位寄存器模块reg32仿真结果入图4所示，图中Load为数据装载信号。
图4 32位寄存器模块reg32仿真波形
图6 DDS仿真波形图
6 配置下载
启动Assignment Editor编辑器，并将配置文件下载。
7 Signal TapⅡ实时测试
操作步骤见教材第4章4.3节。
图6为嵌入式逻辑分析仪测试波形的结果。
注：PH为输出的正弦波，AA[24..31]为地址。
8.实验报告要求
（1）将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。
（2）本次实验体会。