DDS任意波形发生器设计

DDS-函数发生器
• 函数发生器产生固定波形，如正弦波、方 波或三角波，频率可调节。 • 函数发生器无需来自计算机或大容量存储 缓冲器的连续输入，因为设备本身能够产 生这些波形。 • 函数发生器可以基于模拟技术，也可以基 于数字技术。
DDS方案设计
• 方案选择 • 实现DD百度文库的技术方法
方案选择
方案选择
• 方案三：采用直接数字频率合成器 （DDS） ，可用硬件或软件实现。即用累 加器按频率要求相对应的相位增量进行累 加，再以累加相位值作为地址码，取存放 于 ROM 中的波形数据，经 D/A 转换、滤 波即得所需波形。方法简单，频率稳定度 高，易于程控。
方案选择
• 方案四：采用单片机控制动态生成程序。 该方法引入动态编程和同时钟技术，使用 8031 便可产生 50kHz 的正弦波。
实时模拟仿真的高精密信号
在DDS的波形存储器中存入正弦波形及方 波、三角波、锯齿波等大量非正弦波形数 据，然后通过手控或用计算机编程对这些 数据进行控制，就可以任意改变输出信号 的波形。 例如它可以模拟各种各样的神经脉冲之类 的波形，重现由数字存储示波器（DSO） 捕获的波形。
实现各种复杂方式的信号调制
• 方案一：采用单片机函数发生器（如 8038），8038 可同时产生正弦波、脉冲波， 方法简单易行；用 D/A 转换器的输出来改 变调节电压，也可以实现数控调整频率， 但步长难以满足要求，且频率稳定度不太 高。
方案选择
• 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁 相环，将压控荡器（VCO）的输出频率锁 定在所需频率上，该方案性能良好，但难 以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路 复杂，不适于产生低频信号。
相位累加器
• 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，加法器将频率控制数据Ｋ与累 加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结 果送至累加寄存器的数据输入端。 • 累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的 新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在 下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。 • 累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
DDS特点
• 频率分辨率高，输出频点多，可达 2N个频点(N为 相位累加器位数)； • 频率切换速度快，可达us量级； • 频率切换时相位连续； • 可以输出宽带正交信号； • 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改 善作用； • 可以产生任意波形； • 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。
DDS任意波形发生器设计
DDS技术 DDS技术应用 DDS方案设计 基于FPGA的DDS任意波形发生器
DDS技术
• 直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis， 简称DDS)是建立在采样定理基础上，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，然后通过查表 读取数据，再经D／A转换器转换为模拟量， 将保存的波形重新合成出来。 • DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位 累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波 器构成。
作为理想的频率源实现频率精调
DDS能有效地实现频率精调，它可以在许多 锁相环（PLL）设计中代替多重环路。 在一个PLL中保持适当的分频比关系，可以将 DDS的高频率分辨率及快速转换时间特性与 锁相环路的输出频率高、寄生噪声和杂波低的 特点有机地结合起来，从而实现更为理想的 DDS＋PLL混合式频率合成技术。
DDS信号源
• 最常见的信号源类型包括任意波形发生器， 函数发生器，RF信号源，以及基本的模拟 输出模块。 • 信号源中采用DDS技术在当前的测试测量 行业已经逐渐称为一种主流的做法。
DDS-任意波形发生器
• 任意波形发生器(AWG)通常提供较深的存 储器，较大的动态范围以及较宽的带宽， 来满足各式各样的应用，包括通信、半导 体和系统测试。 • AWG接收来自PC的用户自定义数据，并利 用这些数据来生成任意波形 。
DDS也是一种理想的调制器，因为合成信号 的三个参量：频率、相位和幅度均可由数字信 号精确控制，因此DDS可以通过预置相位累 加器的初始值来精确地控制合成信号的相位， 从而达到调制的目的。 现代通信技术中调制方式越来越多，BPSK， QPSK，MSK都需要对载波进行精确的相位控 制。而DDS的合成信号的相位精度由相位累 加器的位数决定。
DAC部分
• DAC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； • 低通滤波器用于衰减和滤除不需要的取样 分量以便输出频谱纯净的正弦波信号。
相位—幅值转换部分
• 用相位累加器输出的数据作为取样地址，对正 弦波波形存储器进行相位—幅值转换，即可在 给定的时间上确定输出的波形幅值。
DDS输出频率
DDS最大最小频率
DDS最低频率（分辨率）
根据奈奎斯特抽样定理，DDS的最大频率
奈奎斯特抽样定理
• 奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无 失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信 号最高频率。 抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信 号的频谱有混叠。 抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信 号的频谱无混叠。
DDS集成芯片
• QUALCOMM公司的Q2334，Q2220， Q2230,Q2240,Q2368； • STANFORD公司的STEL-1175，STEL1180； • AD公司的AD7008，AD9850，AD9854
DDS技术应用
• 广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、 电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领 域。
DDS组成部分关系
• 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。
DDS工作原理
• 将要产生的波形数据存入波形存储器中，然后在参 考脉冲的作用下，对输入的 频率数据进行累加，并 将累加器输出的一部分作为读取波形存储器的地址， 将读出的波形数据经D/A转换为相应的电压信号， D/A转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波 器波后便输出了光滑的合成波形的信号。