基于FPGA的DDS波形发生器的设计论文(3)

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）

2.1.2 频率合成技术的技术指标

所谓频率合成技术是指以一个或者多个高精确度和高稳定度的频率参考信号源为基准，在某一频段内，综合产生多个工作频率点的技术。频率合成技术是产生频率源的一种现代化手段，在通信、雷达、导航、广播电视、电子侦察、电子干扰与反干扰及现代仪器仪表中有着广泛的应用。依据频率合成原理制成的频率源称为频率合成器。对频率合成器的基本要求是既要合成所需频率，又要保证信号的纯净。综合来看，衡量频率合成器的主要性能指标有： （1）输出频率范围

指的是输出的最小频率和最大频率之间的变化范围。

（2）频率稳定度

频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率合成器的实际输出频率与频率标定值偏差的数值，可分为长期、短期和瞬时稳定度。 （3）频率分辨率

频率合成器的输出频谱通常是不连续的。频率分辨率指两个输出频率之间的最小间隔。 （4）频率切换时间

频率切换时间指频率合成器输出频率由一个频率点切换到另一个频率点并达到稳定工作所需的时间。该指标与频率合成所采用的技术紧密关联。 （5）频谱纯度

频率合成技术中常常提到的一个指标就是频谱纯度，频谱纯度以杂散分量和相位噪声来衡量。杂散又称寄生信号，分为谐波分量和非谐波分量，主要由频率合成过程中的非线性失真产生，也有频率合成器内外干扰的影响，还与频率合成方式有关；相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示，在频谱上表现为主谱两边连续噪声边带。频谱纯度是衡量频率合成器质量的一个重要指标。

（6）调制性能

调制性能是指频率合成器的输出是否具有调幅、调频、调相、幅移键控、频移键控、相移键控、扫频、猝发等功能。

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2.1.3 直接数字频率合成技术的现状及应用

DDS不仅可以产生正弦波同时也可以产生任意波，这是其他频率合成方式所没有的。任意波在各个领域特别是在测量测试领域有着广泛的应用。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单、低成本的方法，通过增加波形点数可以使输出达到很高的精度，这都是其他方法所无法比拟的。

自80年代以来各国都在研制DDS产品，并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如AD7008、AD9850、AD9854、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从3OMHz到300MHz不等，其中的AD9858系统时钟更是达到了1GHz。这些芯片还具有调制功能。如AD70OS可以产生正交调制信号，而AD9852也可以产生FSK、PSK、线性调频以及幅度调制的信号。这些芯片集成度高内部都集成了D/A转换器，精度最高可达12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。如这些芯片中大多采用了流水技术，通过流水技术的使用，提高了相位累加器的工作频率，从而使得DDS芯片的输出频率可以进一步提高。通过运用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9852的相位累加器达到了48位。而不是之前型号的32位，这样输出信号的频率分辨率大大提高了。同时为了抑止杂散，这些芯片大多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围(这是由于DDS的周期性，输出杂散频谱往往表现为离散谱线，随机抖动技术使离散谱线均匀化，从而提高输出频谱的无杂散动态范围)。

运用DDS技术生产的DDS任意波型信号发生器是较新的一类信号源，并且已经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号发生器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波，还可以产生任意编辑的波形。由于DDS的自身特点，还可以很容易的产生一些数字调制信号，如FSK、PSK等。一些高端的信号发生器甚至可以产生通讯信 号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有很大的提高。如HP公司的HP33120可以产生10mHz一15MHz的正弦波和方波。同时还可以产生10mHz一5MHz的任意波形。任意波形深度16000点。采样率40M，还具备了调制功能，可以产生AM、FM、FsK、碎发、扫频等信号。HP公司的HP33250可以产生1uHZ一80MHz的

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正弦波和方波，产生luHz到25MHz的任意波形，任意波形深度64K点，采样率200M。同时也具备了AM、FM、FSK、碎发、扫频等功能。BK PRECISION公司的407OA型函数级任意波形发生器正弦波和方波输出频率DC一 21.SMHz频率分辨率10mHz。同时还具有AM、FM、PM、SSB、BPSK、FSK、碎发、 DTMFGeneration和DTMFDeteetion的功能。

除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有很重要的用途。通过DDS可以比较容易的产生一些通信中常用的调制信号如:频移键控(FSK)、二进制相移键控(BPsK)和正交相移键控(QPSK)。DDS可以产生两路相位严格正交的信号，在正交调制和解调中的到广泛应用，是一中很好的本振源。

在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线性调频信号，DDS移相精度高、频率捷变快和发射波形可捷变等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥。

2.2 DDS的原理及性能特点

2.2.1 DDS的基本原理

直接数字式频率合成（DDS）技术是近年来随着数字集成电路和微电子技术的发展而迅速发展起来的一种新的频率合成技术。DDS一般由相位累加器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器组成,结构框图如下图2-1所示。其基本原理就是将波形数据先存储起来，然后在频率控制字K的作用下，通过相位累加器从存储器中读出波形数据，最后经过数/模转换和低通滤波后输出频率合成。这种频率合成方法可以获得高精度频率和相位分辨率、快速频率转换时间和低相位噪声的频率信号，而且结构简单集成度高。

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频率控制字K D/A相位累加器 波形存储器 转换器 低通滤波器 基准时钟CLK

图2-1： DDS基本原理框图

相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成，结构如图2-2所示。每来一个时钟脉冲，加法器就将频率控制字K与累加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脉冲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，相位累加器在时钟脉冲作用下，不断地对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，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，相位累加器溢出的频率就是DDS的输出的信号频率。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，完成相位到幅值的转换。

由于DDS的模块化结构，其输出波形由波形查找表中的数据来决定，因此，只需改变查找表中的数据，就能很方便地利用DDS产生正弦波、方波、三角波等任意波形。 N 频率控制字K N位累加器

N N位寄存器

图2-2 DDS相位累加器

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2.2.2 DDS的优点

(l)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的散杂抑 …… 此处隐藏：2309字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……