直接数字频率合成技术(DDS)
DDS基本原理及技术指南
DDS基本原理及技术指南DDS全称为Direct Digital Synthesis（直接数字合成），是一种数字信号处理技术，广泛应用于频率合成、载波信号生成和频率调制等领域。
本文将介绍DDS的基本原理以及一些技术指南。
一、DDS原理DDS技术利用数字信号处理器（DSP）和数字锁相环（PLL）的协同工作实现信号的合成。
其基本原理如下：1.参考信号生成：DDS系统首先需要一个参考信号作为频率和相位参考。
这个参考信号可以是一个精确的时钟信号或者一个外部输入信号。
参考信号经过A/D转换器（模数转换器）转换为数字信号。
2.累加器：DDS系统会将参考信号的数字表示输入到一个累加器中。
累加器根据输入的数字信号进行累加操作，并且通过加法操作可以改变每一步的累加值。
3.相位累加器：累加器的输出值作为相位累加器的输入。
相位累加器也是一个累加器，但是其输出值作为频率合成器的输入。
相位累加器的输出值会被用来计算输出信号的相位。
4.乘法器/其它运算器：DDS系统还可能包含一个乘法器或其它运算器。
乘法器可以用来改变输出信号的幅度，以及实现频率调制等功能。
5.数字控制端口：DDS系统通常还包括一个数字控制端口，用来接受用户输入的频率、相位和幅度等参数。
这可以通过软件或者硬件的方式进行设置。
二、DDS技术指南以下是一些关于使用DDS技术的指南：1.选择合适的DDS芯片：根据需要合成的信号频率范围、分辨率和精度等要求，选择合适的DDS芯片。
一些常用的DDS芯片有AD9850、AD9851等。
2.谐波抑制：DDS系统在生成频率时会产生一定的谐波。
为了保持输出信号的纯净性，需要采取一些方法来抑制谐波。
常见的方法有使用低通滤波器、改变采样率等。
3.防止相位突变：相位突变会引起频谱中出现额外的频谱成分，影响输出信号的质量。
为了避免相位突变，可以通过调整累加器的初始相位或者采用相位预置技术。
4.频率和相位调制：DDS技术可以很方便地实现频率和相位调制。
论文资料 直接数字频率合成(DDS)基本原理
基于FPGA的直接数字频率合成实现方案直接数字频率合成（DDS）是一种数字合成技术，它通过将数字信号转换为模拟信号来合成所需的波形。
DDS的基本原理是从相位的概念出发，通过相位累加器、波形存储器、数模转换器和低通滤波器等结构，将数字信号转换为模拟信号。
在DDS系统中，相位累加器是核心组成部分之一。
它通过将频率控制字（K）与相位增量（△<1））相加，生成一个相位序列。
该相位序列用于选择波形存储器中的幅度序列,从而生成所需的模拟信号。
波形存储器中存储了不同相位的幅度序列，通过相位累加器的输出选择所需的幅度序列。
然后，数模转换器将选定的幅度序列转换为模拟信号，最后通过低通滤波器去除高频噪声，得到纯净的模拟信号。
DDS系统的频率分辨率和频率范围取决于相位增量（A
Φ）和幅度序列的长度。
通过改变频率控制字（K）,可以控制所得离散序列的频率，经保持、滤波之后可唯一地恢复出此频率的模拟信号。
基于FPGA技术实现DDS的方案是，通过VXI接口电路将生成的数据存入固定数据RAM中，然后用FPGA设计的相位累加器来计算并选择RAM中的数据存放地址，最后将数据给定的频率控制字输出，经DAC转换即实现了任意波形输出。
dds 总线 原理
dds 总线原理
DDS（直接数字频率合成器）是一种基于数字信号处理技术的频
率合成器，它可以通过数字控制实现精确的频率和相位调制。
DDS
总线原理指的是DDS芯片与其他器件之间的通信总线原理。
首先，DDS芯片通常会使用SPI（串行外设接口）或者并行接口
来与微处理器或其他外围设备进行通信。
SPI是一种串行总线协议，通过四根线（时钟线、数据线、主从选择线和地线）来实现通信。
而并行接口则是通过多根数据线同时传输数据。
在DDS芯片与其他器件之间的通信中，总线原理起着关键作用。
总线原理包括数据传输的时序、数据格式、通信协议等方面。
通常
情况下，DDS芯片会通过总线接收来自外部设备的频率、相位或其
他控制信息，然后根据这些信息生成相应的数字信号输出。
同时，DDS芯片也会通过总线将自身的状态、输出频率等信息反馈给外部
设备。
另外，DDS总线原理还涉及到通信的稳定性、抗干扰能力、通
信速率等方面。
在设计中，需要考虑总线的带宽、传输速率、数据
格式的协商、时序的稳定性等问题，以确保DDS芯片与外部设备之
间的可靠通信。
总的来说，DDS总线原理是指DDS芯片与其他器件之间的通信原理，涉及到通信协议、数据传输的时序、稳定性等多个方面。
通过合理设计和实现总线原理，可以实现DDS芯片与外部设备之间的稳定、可靠的通信，从而更好地实现频率合成功能。
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器1. 什么叫DDS直接数字式频率器DDS（Direct Digital Synthesizer），实际上是⼀种分频器：通过编程频率控制字来分频系统（SYSM CLOCK）以产⽣所需要的频率。
DDS 有两个突出的特点，⼀⽅⾯，DDS⼯作在数字域，⼀旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率⾼；另⼀⽅⾯，由于频率控制字的宽度宽（48bit 或者更⾼），频率分辨率⾼。
2. DDS⼯作原理图1 是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，相位幅度转换，（）。
图 1，DDS的结构（1）相位累加器⼀个正弦波，虽然它的幅度不是线性的，但是它的相位却是线性增加的。
DDS 正是利⽤了这⼀特点来产⽣正弦信号。
如图 2，根据DDS 的频率控制字的位数N，把360° 平均分成了2的N次等份。
图2，相位累加器原理假设系统时钟为Fc，输出频率为Fout。
每次转动⼀个⾓度360°/2N，则可以产⽣⼀个频率为Fc/2N的正弦波的相位递增量。
那么只要选择恰当的频率控制字M，使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率Fout，Fout = Fc*M / 2N。
（2）相位幅度转换通过相位累加器，我们已经得到了合成Fout 频率所对应的相位信息，然后相位幅度转换器把0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。
⽐如当DDS 选择为2V p-p 的输出时，45°对应的幅度值为0.707V，这个数值以⼆进制的形式被送⼊DAC。
这个相位到幅度的转换是通过查表完成的。
（3）DAC输出代表幅度的⼆进制数字信号被送⼊DAC 中，并转换成为模拟信号输出。
注意DAC 的位数并不影响输出频率的分辨率。
输出频率的分辨率是由频率控制字的位数决定的。
直接数字式频率合成技术（DDS）是⼀种先进的全数字频率合成技术，它具有多种数字式调制能⼒（如相位调制、频率调制、幅度调制以及I/Q正交调制等），在通信、导航、雷达、电⼦战等领域获得了⼴泛的应⽤。
dds测试标准
DDS测试标准
一、概述
DDS（Direct Digital Synthesizer）是一种基于数字信号处理技术的频率合成器。
为了确保DDS的输出信号质量满足要求，需要对DDS进行一系列的测试。
本测试标准主要包含两个方面：输出信号质量测试和相位和频率调制测试。
二、输出信号质量测试
1.频率稳定度测试
在规定时间内，记录DDS的输出频率变化，以评估其频率稳定度。
一般来说，频率稳定度应优于±1×10-6。
2.相位噪声测试
在规定带宽内，测量DDS输出信号的相位噪声，以评估其性能。
一般来说，相位噪声应优于-80 dBc/Hz。
3.杂散抑制测试
在规定带宽内，测量DDS输出信号的杂散抑制能力，以评估其性能。
一般来说，杂散抑制能力应优于-70 dBc。
4.谐波失真测试
测量DDS输出信号的谐波失真，以评估其性能。
一般来说，谐波失真应优于-70 dBc。
三、相位和频率调制测试
1.频率调制测试
在规定的调制频率和调制指数下，测量DDS输出信号的频率调制性能，以评估其性能。
一般来说，频率调制性能应优于±0.1 dB。
2.相位调制测试
在规定的调制频率和调制指数下，测量DDS输出信号的相位调制性能，以评估其性能。
一般来说，相位调制性能应优于±0.1 dB。
以上是DDS测试标准的概述，具体测试方法需根据具体的设备参数和测试条件进行调整。
在进行测试时，应遵循相关的测试规程和安全规范，以保证测试结果的准确性和可靠性。
直接数字频率合成技术DDS
幅
位
度
码
码
数模变换器 DAC
时 钟
低通滤波器 LPF 输出
图3-11 相位/幅度变换装置
假设DAC的输入幅度码是四位，则它的输出幅度与输 入幅度码之间的关系是按线性变化的，如表3-1所示。
二进制幅度码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
表 3-1
十进制幅度 二进制幅度码
0.1875
0 +1.1875
续表 3 - 4
8 1000 17π/16 -0.1951 0011 0.1875 1 9 1001 19π/16 - 0.5556 1001 0.5625 1 10 1010 21π/16 - 0.8316 1101 0.8125 1 11 1011 23π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 12 1100 25π/16 -0.9808 1111 0.9375 1 13 1101 27π/16 -0.8316 1101 0.8125 1 14 1110 29π/16 -0.5556 1001 0.5625 1 15 1111 31π/16 -0.1951 0011 0.8175 1
② 将模2π的累加相位变换成相应的正弦函数值的幅度， 这里幅度可先用代码表示，这可以用一只读存储器ROM来 存储一个正弦函数表的幅值代码；
③ 用幅度代码变换成模拟电压，这可由数模变换器 DAC来完成；
④ 相位累加器输出的累加相位在两次采样的间隔时间 内是保持的，最终从DAC输出的电压是经保持的阶梯波。
2. 相位与幅度的变换
累加器输出的相位码，需先经过一个相位码/幅度码变换 装置之后，再经数/模变换生成阶梯波，最后通过低通滤波 器才能得到所需的模拟电压。
DDS相关内容及其杂散特性
DDS相关内容，DDS原理及其杂散特性一、DDS(Direct Digital frequency Synthesis)即直接数字频率合成器，是一种新型的频率合成技术，具有较高的频率分辨率，快速的频率切换，稳定性好，可灵活产生多种信号的优点。
因此，在现代电子系统及设备的频率源设计中，尤其在通信领域，直接数字频率合成器的应用越来越广泛。
在数字化的调制解调模块中。
DDS取代了VCO(模拟的压控振荡器)，被大量应用。
这种合成技术是一种利用数字技术来控制信号的相位增量的技术，它采用插值取样的方式，将要合成的正弦波波形用若干个采样点的取值来代替，然后依次等时间间隔输出这些取值，每个采样点的值由预先存储的数字值经D/A转换后得到。
DDS信号发生器把信号的发生器的频率稳定度,准确度提到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的调节。
也就是说它对的误差很小，与基准频率之间的误差很小。
可以工作在调制状态，可以产生任意波形。
DDS的工作原理：DDS技术是根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样，编码，量化，形成一个正弦函数表，存在EPROM中，合成时，通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量，也就是我们所称的步长。
相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变频率。
（其中奈奎斯特采样定理：解释了采样率和所测信号频率之间的关系。
阐述了采样率fs必须大于被测信号最高频率分量的2倍）。
二、DDS杂散特性：基于波形存储的DDS(直接数字频率合成器)技术具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、稳定度高、可编程、全数字化、易集成等突出优点，因而得到广泛的应用。
但是，由于DDS数字化实现的固有特点，决定了其输出信号频谱杂散较大。
如何抑制DDS输出频谱中的杂散就成为了研究的热点。
从以下几个方面说明DDS的误差杂散来源：1.关于输出频率稳定性：DDS一般采用石英晶体振荡器作为它的参考激励源，DDS输出频率的稳定性和参考时钟的频率稳定性是一致的。
dds工作原理
dds工作原理
DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成）是一种数字信
号处理技术，用于生成高精度和稳定的频率信号。
其工作原理如下：
1. 数字信号生成器（Digital Signal Generator）产生一个或多个
参考波形，例如正弦波、方波或锯齿波。
2. 参考波形经过一个数字相位累加器（Digital Phase Accumulator），用于控制信号的频率。
相位累加器接收一个
控制字（Control Word），该字定义了相位累加的步长。
较大
的步长将导致更高的频率。
3. 累加器的输出接入一个查找表（Look-up Table），用于产生离散的输出样本。
查找表包含一个周期的离散样本点，这些样本点代表了参考波形的电压值。
4. 查找表的输出连接到一个数字到模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC），将数字样本转换为模拟电压信号。
5. 模拟电压信号经过低通滤波器（Low-pass Filter），用于去
除高频噪音成分，保留期望的基频信号。
6. 输出的模拟信号可用于驱动各种应用，如通信系统、音频设备、医疗器械等。
DDS的优点包括频率稳定性高、可编程性强、频率分辨率高
等。
相比于传统的模拟信号合成方法，DDS技术更加灵活和精确。
它的主要应用领域包括频率合成、频谱分析、信号调制等。
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DDS直接数字频率合成技术
2, 采用分立IC电路系统实现,一般有CPU, RAM, ROM, D/A, CPLD, 模拟滤波器等组成
3, CPLD,FPGA实现
•用QuartusII采用原理图输入来完成顶层设计。 •相位累加器调用lmp_add_sub加减法器或用HDL实现 •波形存储器（ROM）通过调用lpm_rom元件实现，其LPM_FILE 的值*.mif是一个存放波形幅值的文件。注意，利用波形幅值的奇、 偶对称特性，最多可以节省3/4的资源。 •频率控制字与频率之间的转换可以调用乘除法模块实现 •波形存储器设计主要考虑的问题是其容量的大小，这是非常可观 的。
统输出一个正弦波。
▪输出正弦波周期
T0
Tc 2N M
▪输出正弦波频率
fout
M
fc 2N
DDS直接数字频率合成技术
▪M与输出fout和fC之间的关系
M ( fout 2N ) fc
0 M 2N 1
▪DDS的最小分辨率 通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率
fout
M
fc 2N
M=1
f m in
DDS直接数字频率合成技术
直接数字频率合成技术 (DDS)
DDS直接数字频率合成技术
DDS或DDFS 是 Direct Digital Frequency Synthesis 的简称
1971年，由J.Tierney 和C.M.Tader 等人ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ “A Digital Frequency Synthesizer”一文中首次提出了DDS的概念。
12
超宽的相对宽带
超高的捷变速率（可实现跳频）
超细的分辨率
相位的连续性
输出波形灵活
可编程全数字化
杂散来源主要有：相位累加器相位舍位误差 造成的杂散；幅度量化误差（由存储器有限
字长引起）造成的杂散和DAC非理想特性造
但存在杂散大的缺点 成的杂散。
频率上限目前还只能达到数百兆
（主要是受DAC速度的限制）
DDS直接数字频率合成技术
时钟频率为fc, 若累加器按步进M累加直至溢出，称M 为频率控制字。
高P位作为地址
ROM
······
波形数据 累加
频率控制字M
DDS直接数字频率合成技术
▪相位累加器
DDS系统的核心是相位累加器，它 由一个加法器和一个相位寄存器组成； 每来一个时钟，相位寄存器以步长增 加，相位寄存器的输出与频率控制字 (M)相加，然后输入到正弦查询表地址 上。
▪正弦查询表
正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个 地址对应正弦波中 0~360o 范围的一个相位点。查询表把输入 的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，驱动DAC， 输出模拟量。
公式：x=sin(a*pi/180)*1024+128
DDS直接数字频率合成技术
➢DDS参数计算
相位寄存器每经过2N/M 个 fC 时钟后回到初始状态，相 应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，整个DDS系
数字系统设计实践——DDS
实验项目2：DDS信号源设计
利用FPGA+DAC，设计一个DDS信号发生器。 要求：分辨率优于1Hz
ROM表长度8位、位宽10位 输出频率优于100kHz（每周期大于50个点） 显示信号频率/频率控制字（可切换） 直接输入频率控制字或输出频率 问题：相位累加器、频率控制字？位 时钟频率 ？ Hz（ DAC为THS5651,10位） 如何显示输出频率？ 如何根据输出频率计算频率控制字？ 说明：实验箱已升级
➢实现DDS的几种技术方案 1, 采用高性能DDS单片电路的解决方案 Qualcomm公司的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0.1μs; Sciteg公司的ADS-431：1.6GHz,分辨率1Hz,杂散-45dB Micro Linear公司的ML2035：输出频率为直流到25kHz AD公司的AD98xx系列
fc 2N
这个增量也就是最低的合成频率
DDS直接数字频率合成技术
▪DDS的最大合成频率
最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制
f0max
fc 2
在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出频率 不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出 频带内。
DDS直接数字频率合成技术
➢DDS的特点
▪改变输出信号的频率:
(1) 改变查表寻址的时钟频率, 改变输出波形的频率. (2) 改变寻址的步长，改变输出信号的频率—DDS。 步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加，累加器的 值作为查表地址.
DDS直接数字频率合成技术
设相位累加器的位宽为N, Sin表的大小为2p，累加器的 高P位用于寻址Sin表.
特点： ▪ 通常将此视为第三代频率合成技术
▪ 它从”相位”的概念出发进行频率合成 ▪ 这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控 制波形的初始相位
▪ 还可以用DDS方法产生任意波形(AWG)
DDS直接数字频率合成技术
➢DDS原理
▪工作过程:
将存于数表中的数字波形,经D/A转换器和滤波，形成模拟量波形.