直接数字频率合成技术DDS..
DDS信号发生器设计
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。
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。
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。
DDS介绍
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。
直接数字频率合成技术
通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率，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。
直接数字频率合成技术 (DDS)
DDS技术是一种先进的波形产生技术，已经在实 际中获得广泛应用。
– 1971年,由J.Tierney 和C.M.Tader 等人在 “A Digital Frequency Synthesizer”一文中首次提出了 DDS的概念； DDS或DDFS 是 Direct Digital Frequency Synthesis 的 简称 –通常将此视为第三代频率合成技术； –它突破了前两种频率合成法的原理,从”相位”的概念 出发进行频率合成； –这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控 制波形的初始相位； –还可以用DDS方法产生任意波形(AWG)。
AD公司的产品
型 号 AD9832 AD9831 AD9833 AD9834 AD9835 AD9830 AD9850 AD9853 AD9851 AD9852 AD9854 AD9858
最大工作(MHz) 25 25 25 50 50 50 125 165 180 300 300 1000
工作电压（V） 3.3/5 3.3/5 2.5～5.5 2.5～5.5 5 5 3.3/5 3.3/5 3/3.3/5 3.3 3.3 3.3
DDS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原理及其应用
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。
dds工作原理
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
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。
EDA课程设计直接数字频率合成器(DDS)
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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。
dds课程设计报告 数字频率合成器DDS
DDS信号发生器设计设计实验报告摘要本篇报告主要介绍了用EDA设计完成直接数字频率合成器DDS 的过程。
该直接数字频率合成器输出的频率及相位均可控制，且能输出正弦、余弦、三角波、锯齿波、方波五种波形，经过转换之后还能在示波器上显示，在控制电路的作用下能实现保持、清零功能，另外还能同时显示输出频率、相位控制字、频率控制字。
本设计利用QuartusII 5.0软件进行DDS的设计，最后下载到SmartSOPC实验系统中进行硬件测试。
AbstractThis report introduces the EDA design is completed with Direct Digital Synthesis DDS process. The direct digital frequency synthesis of the output frequency and phase can control, and can output sine, cosine, triangle wave, sawtooth, square waveform five, after conversion after also displayed on the oscilloscope, in the role of the control circuit can be Implementation maintained cleared function, and also shows the output frequency, phase control characters, frequency control word. This design uses DDS QuartusII 5.0 software design, the final download SmartSOPC experimental system hardware testing.关键词EDA设计、直接数字频率合成器DDS、QuartusII 5.0软件、SmartSOPC 实验系统Key wordsEDA design,Direct Digital Synthesizer DDS, QuartusII 5.0software, SmartSOPC experiment system目录摘要关键词第1篇多直接数字频率合成器DDS设计要求说明1.1 设计基本要求¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第4页1.2 设计提高部分要求¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第4页第2篇对整体电路工作原理的方案论证¨¨¨¨¨¨¨第5页第3篇各子模块设计原理说明3.1频率预置与调节电路¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第6页3.2相位累加器模块¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第6页3.3波形存储器模块¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第7页3.4相位调节器¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第9页3.5波形输出模块¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第9页3.6频率测定模块¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第11页3.7显示模块模块¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第13页第4篇调试、仿真、编程下载过程¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第14页第5篇实验总结5.1 对本设计的一些改进方案¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第15页 5.2 实验感想¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨第15页参考文献第1篇直接数字频率合成器DDS设计要求说明1.1 设计基本要求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ROM实现，ROM结构配置成4096×10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)系统具有清零和使能的功能；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)通过开关（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；1.2 设计提高部分要求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；第2篇对整体电路工作原理的方案论证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。
DDS技术及应用
4、 AD9851的应用举例 解：当外部参考时钟频率为30MHz的情况 下,如果要满足以下几种技术要求: (1)6倍参考时钟倍乘器工作； (2)相位置于11.25°； (3)选择power2up模式； (4)输出信号频率为10M Hz。
(8)相位可调，可接收来自单片机的5位相位控制字。
2 AD9851引脚功能
AD9851为28引脚表帖元件,其引脚 排列如下所示。
D0～D7，8位数据输入口，可给内部寄存 器装入40位控制数据。 PGND，6倍参考时钟倍乘器地。 PVCC，6倍参考时钟倍乘器电源。 W-CL K，字装入信号,上升沿有效。 FQ-UD，频率更新控制信号,时钟上升沿确 认输入数据有效。
fo=fc*K/2N
当K=1时，DDS为最小频率输出，则DDS的最小频率分 辨率可达：
Δf= fc*1/2N
四、DDS芯片9851功能介绍
1、AD9851主要特性如下：
(1)单电源工作(+2.7～+5.25V)；
(2)工作温度范围-45～85℃； (3)低功耗,在180M Hz系统时钟下,功率为555mW。电源设置有
3.1基于FPGA正弦信号发生器
采用计数的方法产生地址信号，波形存 储器根据地址信号将数据读出，然后经过D/A 转换和滤波器将数字量转换为模拟信号；而 且还可以通过改变计数器的参数，改变地址 信号，实现频率连续可调。
基准时钟 （频率f）
计数（地 址发生器）
正弦波数据存 储ROM
D/A转换
滤波器
3.2直接数字频率合成（DDS）技术及应用
DDS的数学模型可归结为；在每一个时钟周期2兀内， 频率控制字K(FrequencyControlWords)与N比特相位累加器 累加一次，并同时对2N取模运算，得到的和(以N位二进制数 表示)作为相位值，以二进制代码的形式去查询正弦函数表 ROM，将相位信息转变成相应的数字量化正弦幅度值， ROM输出的数字正弦波序列再经数模转换器转变为阶梯模 拟信号，最后通过低通滤波器平滑后得到一个纯净的正弦模 拟信号。当DDS中的相位累加器计数大于2N时，累加器自动 溢出最高位，保留后面的N比特数字于累加器中，即相当于 做模余运算。可以看出:该相位累加器平均每2N /K个时钟周 期溢出一次。可见K和时钟频率f共同决定着DDS输出信号f 的频率值，它们之间的关系满足。
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。
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
直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)技术是一种新的全数字的频率合成原理，它直接从相位出发合成所需的波形。
其建立在采样定理的基础上，首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为查找表，然后再通过查表将数据读出，经过D／A转换器转换成模拟量，把存入的波形重新合成出来。
它具有频率切换速度快、频率分辨率高、相位可连续线性变化、生成的正弦／余弦信号正交特性等特点，并且其数字压控振荡器NCO的相位、幅度均得以数字化。
1 DDS基本工作原理DDS主要由相位累加器、波形存储器、数模转换器、低通滤波器构成，如图1所示。
其中，相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成，如图2所示。
每当输入一个采样时钟脉冲，相位累加器的输出就增加一个步长的相位量B△θ，在波形存储器中存储着一张正弦函数查询表，对应不同的相位码输出相位不同的幅度编码。
D／A转换器将数字量形式的波形幅值转换成模拟量形式。
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。
相位累加器是整个DDS的核心，它的输入是相位增量B△θ，而B△θ与输出频率fout的关系是：B△θ=2N·(fout／fclk)。
相位累加器的输入即是频率字输入，当系统基准时钟fclk为2N时，B△θ就等于fout。
频率字输入经过一组同步寄存器，使得当频率字改变时不会干扰相位累加器的正常工作。
2正弦频率源设计本文设计的软件正弦频率源是基于DDS技术的正弦信号发生器和任意序列信号发生器，其设计框图如图3所示。
其中，正弦ROM查找表完成fsin(Bθ)的查表转换，它的输入是相位调制器的输出，事实上就是ROM的地址值，输出送往D／A，转化成模拟信号。
由于相位调制器的输出数据位宽M也是ROM的地址位宽，因此在实际的DDS结构中N往往很大，而M总为10左右，M太大会导致ROM容量的成倍上升。
3任意序列信号发生器设计要实现数字调制，正弦频率源模块还需要产生序列信号，如伪随机序列，其在扩频通信系统中起着十分关键的作用。
dds多相位合成
dds多相位合成
DDS（直接数字频率合成）是一种通过累加相位来合成所需波形的频率合成技术。
它主要由参考时钟、相位累加器、波形存储器、数模转换器和滤波器组成，具有精度高、稳定性好、频率和波形易于控制等优点。
DDS的工作原理是将正弦波的相位均分为2^n份，在每个时钟周期出现时，相位从0°开始步进一次，一直加2^n次，即可将整个360°相位加完，每次加完赋予其一个特定的幅值，最终得到一个新的周期信号。
在实际应用中，DDS常用于频率合成、通信、仪器测量等领域。
通过建立不同的存储表，即可输出相应的波形，也可以通过外部输入波形表来完成任意波形的输出。
此外，DDS还具有频率范围高、精度高等优点，方便与其他设备接口。
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θ(t) 2π 3π/2 π π/2
0Hale Waihona Puke 8u(t)116
24
t / Tc 32
0
4
8
12 16
20 24
28 32
-1
图3-7 不同相位增量时的波形
t / Tc
（二）组成
依据上述原理，为合成所需频率的模拟信号，必须解决 以下一些技术问题：
① 需控制每次采样的相位增量，并输出模2π的累加相 位。这可以用相位累加器来完成；
t 0t 2 f0t
它就是信号的频率。
（3-4）
信号波形和相位函数如图 3-6 所示。相位函数 是一条直线，它的斜率就是信号的频率。
θ(t) 2π
u(t) 1
π
16
0
2 4 6 8 10 12 14
t / Tc
0 2 4 6 8 10 12 14 16
t / Tc
图3-6 单频信号的波形与相位函数
K K
f0 2Tc
M
fc
（3-12）
相应的模拟信号为
u
t
sin
2
K M
f
c
t
（3-13）
式中，M 和K 都是正整数，根据采样定理，K 的最大取 值应小于 M 的二分之一。
K 分别取值为1、2、3时的相位函数与波形如图3-7所示。 综上所述，在采样频率一定的条件之下，可以通过控制两次 连续采样之间的相位增量（不得大于π），来改变所得到离 散波形序列的频率，经保持和滤波之后，可唯一地恢复出此 频率的模拟信号。这就是直接数字频率合成的原理。
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。
如果对（3-2）式进行采样，且采样周期为 Tc（采样频 率 为fc = 1 / Tc ) ，则可得到离散的波形序列：
u*(n) = sin (2πf0 n Tc) （ n = 0,１,２,３···) （3-5） 相应的离散相位序列为
θ*(n) = 2πf0 n Tc= n·Δθ （ n = 0，１，２，３···)
设频率控制字K = A4A3A2A1 = 0001，则第一个时钟脉冲 到来后，输出Q4Q3Q2Q1 = 0001；第二个时钟脉冲到来后， 输出为 0010；输出相位码按 0000→0001→0010→0011→…→1101→1110→1111→0000， 需16个时钟脉冲累加器才能满量，相位码完成一个周期循环。
（一）原理 一个频谱纯净的单频信号可表示如下
u t U sin(2 f0 0 )
（3-1）
令U=1，0 0，则有
u t U sin 2 f0t sin 0t
sin t
（3-2）
这种单频信号的主要特性是，它的相位是时间的连续
函数，即
d t
dt
0
2
f0
（3-3）
相位函数对时间的导数是常数
的模拟信号。保持的作用是使模拟信号的分量加大，且将
采样形成的高次谐波分量大大地抑制，对模拟信号的恢复
十分有利。 因此,欲合成式（3-2）所表示的模拟信号，可
首先生成与其相对应的阶梯信号，再经滤波器即可得到。
从式（3-3）知，相位函数的斜率决定了信号的频率。 从式（3-5）和（3-6）可见，决定相位函数斜率的则是两 次连续采样之间的相位增量Δθ。因此，只要控制这个相位 增量即可控制合成信号的频率。
⑤ 阶梯波电压经低通滤波器之后才能获得所需的模拟电 压输出。因此，直接数字频率合成器的基本组成应如图3-8 所示。
输出
时钟 相位累加 正弦函数 数模变换 低通滤波
相
幅
位
度
增量控制 码
码
图3-8 DDS的组成
1.相位累加
相位累加可用一累加器来完成。用一 N 位字长的累加 器，则 M = 2N，将一整周期的相位分割成最小增量为 δ=2π/ 2N 的 M 个离散相位，它的代码为0至2N-1。
式中 Δθ= ２π f 0Tc= 2π f0 / f c 是连续两次采样之间的相位增量。
（3-6） （3-7）
此离散波形序列和离散相位序列如图 3-6中的黑点所 示。若采样值在采样间隔内进行保持，则如图3-6中虚线所 示。波形和相位都为阶梯波形。
根据采样定理，只要
f0 / fc<1/２
（3-8）
从式（3-5)中的离散序列即可唯一地恢复出式（3-2）
并
M 进 制
行 数
加
K
法 器
据 存 储
器
fc
图3-9 累加器的基本结构
图3-10是一个4位字长的累加器，加法器是四位二进 制组成的十六进制，它的累加输出为
4
3
2
1
A4
B4
C3
A3
B3
C2
A2 B2 C1 A1 B1 C0
C4
输出
频
A4
B4 Σ4
C3
率
控
A3
B3 Σ3
制
C2 B2
字
A2
Σ2
K
C1
A1
B1 Σ1
C0
Q4 D4
cp
Q3 D3
cp
Q2 D2
cp
Q1 D1
cp
时钟cp
图3-10 十六进制累加器
式中C0、C1、C2、C3是二进制加法器1、2、3、4的进位 位，四位寄存器的
D1D2D3D4 = Σ4Σ3Σ2Σ1 输入数据 K 决定了每次累加的相位增量，在一定的时钟 频率下，也就决定了合成信号频率 f0 = K fc / 24，故K 被称为 频率控制字。
直接数字式频率合成（ DDS ）
随着技术和器件水平的提高，称之为直接数字 式频率合成器（DDS）的新的频率合成技术得到飞 速的发展。 DDS 在相对带宽、频率转换时间、相 位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等等一 系列指标方面，已远远超过了传统频率合成器所能 达到的水平，完成了频率合成技术的又一次飞跃。 DDS 与传统的 DS 和 IS 一起构成了现代频率合成 技术体系，将频率合成技术推向了一个新阶段。
累加器的基本结构如图3-9所示。它由M 进制加法器和 并行数据寄存器组成，在时钟 fc 的作用下可对输入数据 K 进行累加。当 K =1时，即相当 于每次的相位增量为δ=2π/ M 。一般情况下控制每次的相位增量为Kδ，累加器输出即 为经累加后的累积相位（模2π)的代码，成为相位码，是一 个离散的序列。
现将整个周期的相位2π分割为M等份，则每一份为
2 f0 / M
（3-9）
即为可选择的最小相位增量，若每次的相位增量就取δ，此
时相位增量的斜率最小，得到最低的频率输出
f0 max
2 Tc
fc M
（3-10）
经滤波后得到合成信号为
u t
sin
2
fc M
t
（3-11）
若每次的相位增量选择为δ的K倍，即可得到信号频率