直接數字頻率合成器的實(shí)現設計方案

隨著(zhù)微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數字頻率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis簡(jiǎn)稱(chēng)DDS或DDFS）得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點(diǎn)成為現代頻率合成技術(shù)中的姣姣者。具體體現在相對帶寬寬、頻率轉換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續、可產(chǎn)生寬帶正交信號及其他多種調制信號、可編程和全數字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性?xún)r(jià)比。

1 DDS基本原理及性能特點(diǎn)

DDS的基本大批量是利用采樣定量，通過(guò)查表法產(chǎn)生波形。DDS的結構有很多種，其基本的電路相位累加器由N位加法器與N位累加寄存器級聯(lián)構成。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖fs，加法器將控制字k與累加寄存器輸出的累加相位數據相加，把相加后的結果送到累加寄存器的數據輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下繼續與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時(shí)鐘作用下，不斷對頻率控制字進(jìn)行線(xiàn)性相位加累加。由此可以看出，相位累加器在每一個(gè)中輸入時(shí)，把頻率控制字累加一次，相位累加器輸出的數據就是合成信號的相位，相位累加器的出頻率就是DDS輸出的信號頻率。

用相位累加器輸出的數據作為波形存儲器（ROM）的相位取樣地址。這樣就可把存儲在波形存儲器內的波形抽樣值（二進(jìn)制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉換。波形存儲器的輸出送到D/A轉換器，D/A轉換器將數字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。

DDS在相對帶寬、頻率轉換時(shí)間、高分頭放力、相位連續性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面遠遠超過(guò)了傳統頻率合成技術(shù)所能達到的水平，為系統提供了優(yōu)于模擬信號源的性能。

（1）輸出頻率相對帶寬較寬

輸出頻率帶寬為50%fs（理論值）。但考慮到低通濾波器的特性和設計難度以及對輸出信號雜散的抑制，實(shí)際的輸出頻率帶寬仍能達到40%fs。

（2）頻率轉換時(shí)間短

DDS是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統，無(wú)任何反饋環(huán)節，這種結構使得DDS的頻率轉換時(shí)間極短。事實(shí)上，在DDS的頻率控制字改變之后，需經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期之后按照新的相位增量累加，才能實(shí)現頻率的轉換。因此，頻率時(shí)間等于頻率控制字的傳輸，也就是一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。時(shí)鐘頻率越高，轉換時(shí)間越短。DDS的頻率轉換時(shí)間可達納秒數量級，比使用其它的頻率合成方法都要短數個(gè)數量級。

（3）頻率分辨率極高

若時(shí)鐘fs的頻率不變，DDS的頻率分辨率就是則相位累加器的位數N決定。只要增加相位累加器的位數N即可獲得任意小的頻率分辨率。目前，大多數DDS的分辨率在1Hz數量級，許多小于1mHz甚至更小。

（4）相位變化連續

改變DDS輸出頻率，實(shí)際上改變的每一個(gè)時(shí)鐘周期的相位增量，相位函數的曲線(xiàn)是連續的，只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變，因而保持了信號相位的連續性。

（5）輸出波形的靈活性

只要在DDS內部加上相應控制如調頻控制FM、調相控制PM和調幅控制AM，即可以方便靈活地實(shí)現調頻、調相和調幅功能，產(chǎn)生FSK、PSK、ASK和MSK等信號。另外，只要在DDS的波形存儲器存放不同波形數據，就可以實(shí)現各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當DDS的波形存儲器分別存放正弦和余弦函數表時(shí)，既可得到正交的兩路輸出。