dds任意波形发生器设计.doc

目录 1.1 DDS的基本结构 2 1.2 DDS的工作特点 4 1.3 DDS的技术指标 5 1.4实现方案 7 1．5硬件结构说明 7 1.6设计过程 8 1.7频率测量 18 1.8误差与杂散分析 19 DDS(Direct Digital Synthesis)的概念首先由美国学者J．Tierncy,C．M．Radar和B．Gold在1971年提出，但限于当时的技术和工艺水平，DDS技术仅仅限于理论研究，而没有应用到实际中去。近20年来，随着VLSI(Very Large Scale Integration)，FPGA(Field Programmable Gates Array)以及DSP(Digital Signal Processing)的发展，这种结构独特的频率合成技术得到了飞速发展。目前该技术已经被广泛用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等相关领域中。 1.1 DDS的基本结构 DDS(Direct Digital Synthesis)技术设计思想是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。它包括数字器件与模拟器件两部分，主要有相位累加器、ROM波形查询表、数模转换器组成。其基本框图如下。 相位累加器是DDS的核心部分。 一般是由数字全加器和数字寄存器组成，实现相位累加。如下图所示。 一般DDS的累加器都采用二进制，线性数字信号通过相位累加器实现逐级的累加。假设累加器字长为N，频率控制字为K，控制时钟频率为fc，系统在同一个时钟下工作，每个时钟周期加法器做一次累加计算。因为累加器的满偏是2N，所以累加一次，相当于做一次2N模的运算。得到的和作为相位值。 波形函数存储在ROM中。 根据累加器输出的相位值，作为地址，寻找存储在ROM中的波形函数的幅度量化值，完成相位到幅值的转换，输出相对应的序列。 数模转换器DAC是DDS中的重要部分。 经过查表以后得到的是离散的脉冲信号，通过数模转换器将转换成为连续平滑的信号。DDS输出的最高频率主要跟DAC的性能有关。因为一个正弦周期内采样点越少，越容易发生失真现象。为了获得较为理想的信号，一般DAC之后都会接一平滑滤波器。 下图可以直观的显示出各部件在波形输出过程中的效果。 1.2 DDS的工作特点 DDS技术同传统的频率合成技术相比，具有以下几个突出的优点 1、极高的频率分辨率 由知，分辨率由参考时钟频率与相位累加器的字长决定。理论上只要控制N的位数，就可以获得相应的频率分辨精。只要增加相位寄存器的位数即可获得高精度的频率分辨率，大多数DDS的分辨率在Hz、mHz甚至uHz。 2、极快的频率切换速度 DDS是一个开环系统，没有反馈系统，频率转换时间主要由低通滤波器的时延决定。所以，频率建立及切换快慢与频率分辨率、频谱纯度相互独立。高速的DDS频率切换时间极短，一般可达到ns量级。 3、易于实现各种数字调制 由于信号的频率、相位、幅度均可由数字信号控制，所以可以通过预置内部相位累加器的初始值控制输出信号，调幅时直接在表输出端对幅度进行控制，调相时在相位累加器输出端直接加上调制信号，调频通过频率控制字进行。DDS很容易对AM、PSK、FSK等高精度数字调制和高精度正交调制。 4、连续的相位变化 因为DDS是个开环系统，故当一个转换频率的指令加在DDS的数据输入 端时，它会迅速合成所需的频率信号。改变相位控制字，根本上就是改变了信号 的相位增速。在输出信号上没有叠加任何电流脉冲，输出变化是一个平稳的过渡 过程，且相位连续。 5、较低的相位噪声和低漂移 DDS系统中合成信号的频率稳定度直接由参考源的频率稳定度决定，合成 信号的相位噪声与参考源的相位噪声相同。 6、集成度高 DDS中几乎所有的部件都属于数字信号处理部件，系统有易于集成，功耗 低，体积小，重量轻等工艺上的优点。 1.3 DDS的技术指标 能够输出的波形：正弦波、方波等固定波形和任意波形。 输出频率范围：信号发生器能产生的信号频率范围，如本设计中固定波形输出频 率范围为1Hz----l MHz 频率准确度：信号发生器度盘数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误 差表示：，频率准确度实际上是输出信号频率的工作误差。 频谱纯度：信号发生器都需要产生理想的波形，但是频谱有来自高次谐波、非谐波和噪声的干扰，影响了频谱的纯度，因此频谱的纯净对于信号是非常重要的。 输出电平及阻抗：输出电平时输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率及其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。输出阻抗视不同类型而异。 失真