1、- 1 - 毕业论文文献综述 电子信息工程 基于 DDS 的多波形发生器设计 摘要 ：随着信息技术的发展，现代电子系统对波形发生器提出了更高的要求。直接频率合成技 术 (DDS)以其高分辨率等特点，得到越来越多的重视。 DDS同 DSP（数字信号处理）一样，是一项关键的数字化技术。 DDS是直接数字式频率合成器（ Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。与传统的频率合成器相比， DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。 本文主要是关于 DDS技术的发展、特点及常用芯片的介绍。 关键词 ：
2、DDS；波形发生器；频率合成器。 一 、 DDS技术简介： 近年来，通信技术特别是无线电通信技术取得了迅速的发展，与此同时通信、雷达、电子对抗、导航、广播电视、遥控遥测、仪器仪表等各领域的专用信号源获得了长足的发展，表现为载波调制方式趋于多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。如果采用多台信号源获得所需要的信号显然是很不方便的。因此需要研制一种新型的信号源，使其能够产生任意频率的载频信号和多种调制信号，这就要靠直接数字合成 (DDS， Direct Digital Synthesize)【 1】 技术来实现。 DDS的核心部分是频率合成器，频率合成器一般分为直接式、间接式和直接数字式三种基本类型
3、 【 2】 。 直接数字频率合成 (DDS)是近年来发展起来的一种新的频率合成技术，其主要优点是相对带宽很大，频率转换时间极短 (可小于 20 ns)，频率分辨率很高，全数字化结构便于集成，输出相位连续可调，且频率、相位和幅度均可实现程控 DDS能够与计算机技术紧密结合在一起，克服了模拟频率合成和锁相频率合成等传统频率合成技术电路复杂、设备体积较大、成本较高的不足，因此它是一种很有发展前途的频率合 成技术 【 3-4】 DDS技术现已在接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等方面得到广泛应用数字频率合成器作为一种信号产生装置己经越来越受到人们的重视，它可以根据用户的要求产生相应的波形，具有
4、重复性好、实时性强等优点，己经逐步取代了传统的函数发生器。 二 、 DDS技术的发展 DDS 的概念是 1971 年由美国人 J. Tierney 首先提出来的 , DDS是一种以奈奎斯特时域采样定理理论为基础 , 从相位概念出发 , 在时域中直接合成所需波形的一种新的全数字技术的频率合成方法 , 具有易于程控 , 相位连续 , 输出 频率稳定度高 , 转换速度快 , 频率分辨率高等优点 【 5】 。但限于当时- 2 - 的技术和工艺水平， DDS技术仅仅在理论上进行一些探讨，而没有应用到实际中去。 20世纪 80年代末，随着数字集成电路和微电子技术的发展出现的一种新的数字频率合成技术，它从相
5、位量化的概念出发进行频率合成。 DDS技术与传统的频率合成技术相比，具有频率分辨率高、相位噪声小、稳定度高、易于调整及控制灵活等优点 【 6】 。 近 30年来随着 VLSI(Very Large Scale Integration，超大规模集成 )、 FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列 )、 CPLD(Complex programmable Logic Device，复杂可编程器件 )等技术的出现以及对 DDS理论上的进一步探讨，使得 DDS技术得到了飞速的发展。它已广泛应用于通讯 、 雷达、遥控测试、电子对抗 、 以及现代化的仪器仪表
6、、 工业等许多领域 【 7】 。 三 、 DDS技术的原理及优点 3.1原理 ： 一块 DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位 累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般 可以 通过查表得到）。 DDS 芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速 D/A 转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号 。 DDS 原理图 【 8】 如下： 图 1 DDS 基本构成原理框图 3.2优点： （ 1） 频率分辨率
7、高，输出频点多，可达 2 的 n 次方个频点 (N为相位累加器位数 )【 9】 ； （ 2） 频率切换速度快，可达 us量级； （ 3） 频率切换时相位连续； （ 4） 可以输出宽带正交信号； （ 5） 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用； （ 6） 可以产生任意波形 【 10】 ； - 3 - （ 7） 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。 在各行各业的测试应用中，信号源扮演着极为重要的 角色 。但信号源具有许多不同的类型，不同类型的信号源在功能和特性上各不相同，分别适用于许多不同的应用。目前，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 最 基本的
8、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 成 为一种主流的做法。 四 、 DDS应用简介及常用芯片介绍 ： 信号发生器在当今通信 、电子测量仪表、雷达等电子系统中发挥着无可取代的作用，高频信号源更被誉为是现代电子系统的“心脏”。因此，制作一台高频正弦信号发生器具有很高的实际价值。随着数字技术在仪表和通信系统中的广泛应用，一种从参考频率源生成多种频率的数字控制方法即直接数字合成 (Direct Digital Synthesis， DDS)技术应运而生 。 目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进 CMOS工艺生产的高性能、多功能 DDS芯片，为电路设计者提供了多种选择。利用
9、 DDS技术设计信号发生器，输出的信号精度高，频带范围宽，并且控制简单方便 【 11】 。 DDS技术可以运用在正弦信号发生器、激光扫描技术、相位式激光测距技术、捷变频率合成技术、光栅传感器位移测量系统调试、有源相控阵天线技术、脱硫技术、雷达技术等等，所以作为一门新兴的数字化技术， DDS有着广泛的发展空间。 随着微电子技术的飞速发展，目前高超 性能优良的 DDS产品不断推出，主要有 Qualcomm、 AD、Sciteg和 Stanford等公司单片电路（ monolithic）。 Qualcomm公司推出了 DDS系列 Q2220、 Q2230、 Q2334、Q2240、 Q2368，其中
10、 Q2368的时钟频率 为 130MHz，分辨率为 0.03Hz，杂散控制为 -76dBc，变频时间为0.1s;美国 AD公司也相继推出了他们的 DDS系列： AD9850、 AD9851、可以实现线性调频的 AD9852、两路正交输出的 AD9854以及以 DDS为核心的 QPSK调制器 AD9853、数字上变频器 AD9856和 AD9857.AD公司的 DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。 AD9850是 AD公司采用先进的 DDS技术 1996年推出的高集成度 DDS频率合成器， 是一种采用 DDS 技术、高性能的数模转换器 (DAC)和 比较器的高速集成芯片
11、 ,可实现全数字编程控制的频率合成器 12，它内部包括可编程 DDS系统、高性能 DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。接上精密时钟源， AD9850可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。 AD9850接口控制简单，可以用 8位并行口或串行口经、相位等控制数据。 32位频率控制字，在 125MHz时钟下，输出频率分产率达0.029Hz。先进的 CMOS工艺使 AD9850不仅性能指标一流，而且功耗少 ,在 3.3V供电时，功耗仅为 155mW。扩展工业级温度范围为 -40 +85摄氏度，其封
12、装是 28引脚的 SSOP表面封装。 AD9850采用 32位相位累加器 12，截断成 14位，输入正弦查询表，查询表输出截断成 10位，输入- 4 - 到 DAC。 DAC输出两个互补的模拟电流，接到滤波器上。调节 DAC满量程输出电流，需外接一个电阻 Rset，其调节关系是 Iset=32（ 1.248V/Rset），满量程电流为 10 20mA。 五 、 总结 随着现代电子技术的飞速发展，函数波形发生器不论是在生产还是科研还是教学方面，都有着重大的意义和发展 空间。传统的函数波形发生器采用专用芯片，存在成本高，控制方式不灵活等缺陷，采用 FPGA和单片机结合的方法能简单克服以上问题，同时
13、采用 DDS技术，实现频率、幅值可调的函数波形的输出，可以实现随具体现况可改变调频，调相和调幅功能，具有良好的实用性。 参考文献 1Jierey J， Radar C M， Radar C M， Gold B A digital frequency synthesizer IEEE Trans on Audio Eltroacount， 1971， august 1971： 48 57. 2戎强 .基于 DDS/FPGA的多波形信号源的研究 .哈尔滨：哈尔滨工程学院， 硕士学位论文 ， 2008，02. 3冯月芹 .基于 AD9850与 DDS的电平振荡器的信号源的研制 J.国外电子测量技术，
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