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《直接數(shù)字頻率合成器(dds)原理研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)原理研究 直接數(shù)字頻率合成器DDS（DirectDigitalFrequncySynthesizer）是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術(shù)。其組成包括相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器（LPF），原理框圖如圖1所示。以正弦波形合成為例，DDS合成頻率的具體流程描述如下。相位累加器由N位加法器與N位寄存器級(jí)聯(lián)組成。在時(shí)鐘脈沖fc控制下，加法器將頻率控制字K與寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，再把相加后的結(jié)果送至寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。寄存器將加法器在上一個(gè)
2、時(shí)鐘作用后所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端；使加法器在下一時(shí)鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進(jìn)行相加。這樣相位累加器在時(shí)鐘的作用下，進(jìn)行相位的累加。當(dāng)相位累加器累加滿時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溢出，完成一個(gè)周期的動(dòng)作。通過改變相位控制字P可以控制輸出信號(hào)的相位參數(shù)。令相位加法器的字長為N，當(dāng)相位控制字由0躍變到不為零的P時(shí)，波形存儲(chǔ)器（ROM）的輸入為相位累加器的輸出與相位控制字P之和，所以輸出的幅度編碼相位增加3。波形的改變是通過改變W波形控制字實(shí)現(xiàn)的。由于ROM中不同波形分塊存儲(chǔ)，所以當(dāng)W改變時(shí)，ROM輸入端為相移后的地址與W之和
3、。經(jīng)過K、P、W設(shè)置后的相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為ROM的取樣地址，進(jìn)行波形的相位—幅值轉(zhuǎn)換，即可在給定時(shí)間上確定輸出波形的抽樣幅值。N位的尋址ROM相當(dāng)于把0o～360o的正弦波信號(hào)離散成具有2N個(gè)樣值的序列，若波形ROM有D位數(shù)據(jù)位，則2N個(gè)取樣點(diǎn)的幅值以D位二進(jìn)制數(shù)值固化于ROM中，按照地址的不同可以輸出相應(yīng)相位的正弦信號(hào)幅值。幅度控制字能夠控制ROM輸出的正弦信號(hào)幅值的變化，乘法器（除法器）在DDS電路中相單于將每一個(gè)幅值量化值增大（縮?。┝薃倍。由上面分析可以看出，DDS輸出方程可表示為，f0為輸出頻率，f
4、c為時(shí)鐘頻率。當(dāng)K=1時(shí)，DDS輸出最低頻率（即頻率分辨率）為，而DDS的最大輸出頻率由Nyquist采樣定理決定，即fc/2，也就是說K的理論最大值為2N-1。因此，只要N足夠大，DDS可以得到很細(xì)的頻率間隔。f0的改變只需改變輸入的控制字K即可。D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。正弦幅度量化序列s（a）經(jīng)D/A可轉(zhuǎn)換成包絡(luò)為正弦波的階梯波s（t）。不難看出D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，合成的階梯波s（t）臺(tái)階就越多，輸出波形精度也就越高。3對(duì)D/A輸出的階梯波s（t）用傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析不難
5、得到，頻譜中不僅包含主頻f0，還有分布在fc、2fc……兩邊的±f0處的非諧波分量，幅值包絡(luò)為辛格函數(shù)。因此為了取出主頻f0，必須在D/A后接入截止頻率為fc/2的LPF（低通濾波器）。通過以上DDS的工作原理可以看出，DDS頻率合成具有一系列的優(yōu)良特性：具有高精度的頻率和相位分辨力，其頻率精度可達(dá)到uHz，相位精度可達(dá)nHz；DDS頻率變化幾乎沒有捕獲時(shí)間的限制，其頻率切換速度僅受限于器件工作速率，最高可達(dá)納秒級(jí)；另外DDS還具有相對(duì)較寬的輸出頻率范圍，功耗低等特點(diǎn)。由于DDS遵循奈奎斯特（Nyquist）取樣定
6、律，即最高的輸出頻率是時(shí)鐘頻率的一半。在實(shí)際應(yīng)用中DDS的最高輸出頻率還由允許輸出的雜散水平?jīng)Q定，一般情況下最高的輸出頻率是時(shí)鐘頻率的40%。在使用FPGA設(shè)計(jì)DDS時(shí)，在滿足系統(tǒng)要求和保持DDS原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，盡量減少硬件復(fù)雜性，降低芯片面積和功耗，提高芯片速度。3
