直接数字频率合成技术DDS
DDS原理及仿真
DDS原理及仿真DDS（Direct Digital Synthesis）是一种基于数字信号处理（DSP）技术的频率合成技术。
其原理是通过数字方式生成一个精确的频率、相位可控的信号。
DDS技术在现代通信、雷达、无线电频率合成等领域得到广泛应用。
本文将就DDS的原理及仿真进行详细介绍。
DDS的工作原理主要包括数字频率控制器（NCO）、DDS核心、DAC等几个重要部分。
NCO是DDS的关键组件，它是一个数字寄存器，用于存储相位累加器的内容。
相位累加器是DDS核心的核心部件，用于生成一个连续的相位积累信号。
NCO中的数字寄存器不断递增，递增的步长为一个相位增量。
当寄存器值溢出时，相位累加器将重新计数。
通过改变相位增量的大小，可以实现不同频率的信号输出。
例如，如果相位增量为Δθ，则频率为f的信号输出的相位增量为Δθ=f/fs*2^N，其中fs为NCO时钟频率，N为寄存器位数。
因此，DDS可以以高精度、高稳定性地生成所需的频率信号。
DDS的核心部分是相位积累器和查找表（LUT）。
相位积累器通过累加相位增量，并通过查找表确定输出的幅度值。
查找表是一个存储了一个完整周期内的幅度值的表格。
通过对相位积累器进行递增操作，并通过查找表来获取对应相位的幅度值，DDS就可以精确地生成所需的信号。
DDS的精度主要取决于相位积累器的位数和查找表的大小，位数越大、查找表越大，频率的分辨率和精度就越高。
DDS的输出信号需要通过数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号，以便在实际电路和系统中使用。
DAC将DDS生成的数字信号转换为模拟信号，以用于驱动电路的输入。
DAC的分辨率和采样速率决定了DDS输出信号的精度和带宽。
DDS技术的仿真主要包括数模转换、相位累加器和查找表设计等方面。
首先，需要对相位累加器和查找表进行仿真验证。
可以通过调整相位增量，观察输出信号的频率变化情况，以验证DDS的频率控制精度。
同时，可以通过改变查找表的大小，来验证DDS的频率分辨率和波形稳定性。
DDS介绍
DDS介绍（自己整理）DDS概要1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的“A DIGITAL Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新给成原理。
限于当时的技术和器件产，它的性牟指标尚不能与已有的技术盯比，故未受到重视。
近1年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct DIGITAL Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。
具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。
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。
一、DDS原理和结构DDS的基本大批量是利用采样定量，通过查表法产生波形。
DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1来表示。
相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。
每来一个时钟脉冲fs，加法器将控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。
这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位加累加。
由此可以看出，相位累加器在每一个中输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的出频率就是DDS输出的信号频率。
用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址。
这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。
AD9832原理及应用
AD9832原理及应用AD9832是一款数字频率合成器芯片，由ADI（Analog Devices Inc.）公司推出，通过数字和模拟技术实现了高精度和高稳定性的频率生成功能。
AD9832常用于信号发生器、通信设备、测量仪器等电子设备中，能够生成多种频率和波形的信号。
AD9832的原理基于直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis， DDS）技术。
该技术通过数字控制的方式，以数字信号产生器为核心，输出高精度和稳定性的频率信号。
DDS技术的核心是相位累积器（Phase Accumulator）和相位查找表（Phase Look-Up Table），将输入的参考时钟频率与相位累积器和相位查找表结合，生成目标输出频率。
1.双路输出：AD9832能够同时输出两个相位不同的信号，可用于实现正交调制等应用。
2.高分辨率：相位累积器的位数决定了AD9832输出频率的精度，AD9832具有28位的相位累积器，具有很高的分辨率。
3.高稳定性：AD9832内部集成了温度传感器和电压基准源，能够自动校准并补偿温度和电压的变化，保证了输出频率的稳定性。
4.SPI接口：AD9832采用SPI接口与外部控制器通信，可以实现频率和相位的动态修改。
5.工作电压范围广：AD9832能够在单电源供电范围2.3V至5.5V内正常工作，适用于不同应用场合。
1.信号发生器：AD9832能够生成多种频率和波形的信号，可以用于产生测试信号、校准仪器等，在电子测试和研发领域有广泛应用。
2.通信设备：AD9832在通信设备中可用于频率调制、解调和时钟同步等功能，如频率合成器、调制解调器等。
3.测量仪器：AD9832能够精确生成特定频率的信号，用于频率测量、频谱分析等仪器，如频谱分析仪、网络分析仪等。
4.音频设备：AD9832可以用于音频合成和音频调制，如合成器、音频调制器等。
5.其他应用：AD9832还可以应用于医疗设备、雷达技术、无线电广播、遥控器等领域，具体应用由用户根据需求设计。
DDS原理及其应用
频率源是通信、电子测量仪表、雷达等电子系统实现高性能指标的关键部分，并在广电系统中也有极为广泛的应用。
直接数字式频率合成技术（ＤＤＳ）具有频率转换时间极短、频率分辨率极高、输出相位连续、相位噪声低、可编程、全数字化、易于集成等突出优点，成为现代电子系统及设备中频率源的首选，对其进行研究具有重大的理论和实践意义。
以下将对ＤＤＳ波形产生原理、控制方式、频谱特性进行分析，并设计出一套基于ＭＣＳ－５１芯片和ＡＤ９８５１芯片的ＤＤＳ波形发生系统。
达到参数如下：（１）出频率范围：３０ＭＨｚ～１８０ＭＨｚ；（２）率准确度：优于土５０Ｈｚ；（３）频率转换时间：≤２ｕｓ；（４）步进精度：１ｋＨｚ。
１ ＤＤＳ原理分析ＤＤＳ在结构上主要可划分为数控振荡器和数字／模拟转换两个模块，模块ＮＣＯ又由相位累加器和正弦查询表ＲＯＭ构成。
ＮＣＯ实现由数字频率字输入生成相应频率的数字波形，模块ＤＡＣ实现将ＮＣＯ产生的数字幅度值高速且线性地转为模拟幅度值。
基本框图如图１。
２ 硬件设计及结果２．１硬件选型市场上有ＡＤ、ＭＡＸＩＭ等大型软件公司生产ＤＤＳ芯片。
本次设计采用ＡＤ公司的芯片。
从性价比考虑，ＤＤＳ芯片选用ＡＤ９８５１芯片，控制芯片选用ＡＴ８９Ｃ５２芯片，ＰＬＬ芯片选用ＭＣ１４５１５２芯片。
若需调节波形的幅度，可选择ＡＤ公司的ＡＤ８３２０可编程运放作为后级。
其型号及价格如下表格１。
２．２ＡＤ９８５１简介ＡＤ９８５１是ＡＤ公司ＤＤＳ芯片中性价比较高的一款，具有如下特性：（１）允许最高输入时钟１８０ＭＨｚ，同时可选择是否启用内含的６倍频乘法器；（２）带有高性能的十位Ｄ／Ａ转换器；（３）具有简化的控制接口，允许串／并行异步输入控制字；（４）允许工作电源范围：＋２．７伏～＋５．２５伏；（５）可以工作在掉电方式（低功耗）：４ＭＷ＋２．７伏；（６）其自由寄生动态范围（ＳＦＤＲ）＞４３ｄＢ＠７０ＭＨｚ输出；（７）采用极小的２８脚贴片式封装。
２．３硬件连接由主控芯片ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１口向ＡＤ９８５１输入控制字，并由Ｐ３．４、Ｐ３．５、Ｐ３．６三口分别接ＡＤ９８５１的Ｗ＿ＣＬＫ、ＦＱ＿ＵＤ、ＲＥＳＥＴ三个端口，若采用串行模式，则只须选择Ｐ１中一个接口与ＡＤ９８５１相连（如图２）。
dds芯片工作原理
dds芯片工作原理DDS芯片，即直接数字频率合成芯片（Direct Digital Synthesis），是一种集成电路芯片，主要用于在数字域中生成高稳定度和高精度的周期性信号。
它是一种先进的频率合成技术，通过将数字控制的相位和频率信息转换为模拟输出信号，实现对频率的精确控制。
DDS芯片的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 数字控制器（Digital Controller）：DDS芯片的核心是数字控制器，它接收来自外部的控制信号，包括所需输出信号的频率、相位和振幅等信息。
数字控制器将这些控制信号转换为数字形式，以便后续处理。
2. 相位累加器（Phase Accumulator）：相位累加器是DDS芯片中的重要部分，它接收数字控制器输出的相位信息，并将相位信息累加起来。
相位累加器的输出结果是一个不断增加的相位值，它代表了输出信号的相位随时间的变化情况。
3. 参考时钟发生器（Reference Clock Generator）：DDS芯片需要一个稳定的参考时钟信号作为基准，以确保输出信号的精度和稳定性。
参考时钟发生器产生一个固定频率的时钟信号，用于驱动相位累加器的工作。
4. 数字频率控制字（Digital Frequency Control Word）：数字频率控制字是DDS芯片中用来控制输出信号频率的关键参数。
它由数字控制器根据所需输出频率计算得出，并作为输入传递给相位累加器。
数字频率控制字的大小决定了相位累加器每个时钟周期累加的相位量，进而影响了输出信号的频率。
5. 查找表（Look-up Table）：查找表是DDS芯片中的一个重要组成部分，它存储了一个正弦波周期内的采样点值。
相位累加器的输出值作为查找表的地址，查找表根据地址读取相应的采样点值，并将其作为输出信号的振幅。
6. 数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）：DDS芯片最后需要将数字形式的输出信号转换为模拟形式，以便输出给外部设备。
dds技术原理
dds技术原理DDS技术原理什么是DDS技术DDS（Direct Digital Synthesis）技术是一种通过数字方式生成连续时间波形的方法。
它是一种基于数字信号处理技术的发展而来的新型波形发生技术。
DDS技术具有高精度、高稳定性、高灵活性等特点，被广泛应用于频率合成、调制解调、信号发生等领域。
DDS技术的原理数字相位累加器DDS技术的核心是数字相位累加器。
相位累加器是一种用于周期性连续时间波形的数字累加器，它以固定的频率递增或递减相位值，从而生成连续时间的波形。
相位值的变化速率由相位增量参数控制，该参数决定了波形的频率。
数字频率控制字DDS技术通过调整相位累加器的相位增量参数来控制波形的频率。
相位增量参数被称为数字频率控制字（Digital Frequency Tuning Word，简称FTW），它决定了相位累加器每个时钟周期中相位值的变化量。
映射函数DDS技术中的映射函数用于将数字频率控制字映射到具体的频率。
映射函数通常由硬件电路或软件程序实现，它将FTW值转换为相应的频率值，通过控制FTW值的变化来实现定制的波形产生。
数字到模拟转换DDS技术生成的是数字信号，为了得到模拟波形，需要进行数字到模拟转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）。
DAC将DDS产生的数字波形转换为模拟信号，供系统外部使用。
DDS技术的优势DDS技术相较于传统的信号发生技术具有如下优势：•高精度：DDS技术通过精确控制相位累加器的相位增量值，可以实现非常精确的频率合成，利于高精度的信号发生。
•高稳定性：DDS技术的频率控制依赖于数字控制字，数字控制字的稳定性决定了波形的稳定性，DDS技术具有较高的稳定性。
•高灵活性：DDS技术通过调整数字控制字的值，可以实现各种信号波形的生成，具有较高的灵活性，适应多种应用需求。
结语DDS技术作为一种基于数字信号处理的波形发生技术，具有高精度、高稳定性、高灵活性等优点，被广泛应用于频率合成、调制解调和信号发生等领域。
关于DDS技术的高精度频率综合器
关于DDS技术的高精度频率综合器频率源是雷达、通信、电子对抗与电子系统实现高性能指标的关键，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所用频率源的性能，因此频率源被人们喻为众多电子系统的"心脏"。
而当今高性能的频率源均通过频率合成技术来实现。
传统的频率合成器有直接频率合成器和锁相环两种。
直接频率合成方法具有频率转换时间短、近载频相位噪声性能好等优点，但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。
锁相环式频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。
但由于锁相环本身是1个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。
除此之外，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制。
一：直接数字式频率合成（DirectDigitalFrequencySynthesis，简称DDS或DDFS）是近年来发展起来的1种新的频率合成技术。
它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域，标志着第三代频率合成技术的出现。
其主要优点是相对带宽很宽、频率转换时间极短（可小于20ns）、频率分辨率很高（典型值为0.001Hz）、全数字化结构便于集成、输出相位连续、频率、相位和幅度均可实现程控。
因此，能够与计算机紧密结合在一起，充分发挥软件的作用。
DDS技术的实现完全是高速数字电路D/A变换器集合的产物。
由于集成电路速度的限制，目前DDS的上限频率还不能做得很高。
但GaAs（砷化镓）材料在集成电路中的应用，使得DDS上限频率不够高的缺陷正在不断地被克服。
作为应用，现在已有DDS产品用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等，特别是跳频通信系统。
在上世纪中期对于传统的模拟电路而言这几乎是很难实现的，因为三者之间存在无法克服的矛盾。
DDS基本原理_文档
图表 2
相位累加器
每来一个时钟脉冲，N 位加法器就将数据锁存器输出的频率控制数据 K 与 N 位累 加寄存器输出的累加相位相加，相加后的结果送至 N 位累加寄存器的数据输入 端。 累加寄存器则将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法 器的输入端， 以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。 这样， 相位累加器在参考频率时钟的作用下，不断对频率控制数据进行线性相位累加， 当累加器累积满量时就会产生一次溢出，从而完成一次周期性动作，这个动作就 是 DDS 合成信号的一个频率周期， 累加器的溢出频率就是 DDS 输出信号的频率。 对于具有 M 个相位取样的正弦波波形存储器， DDS 输出最低频率即频率控 制字设置为 1 时，读出一个周期的信号需要 M 个参考频率时钟周期，相当于输 出一个频率为 f min fC / M 的正弦波合成信号。若频率控制数据为 K ，读出一个 周期的信号需要 M / K 个参考时钟周期，合成信号的频率为 fo fC K / M ，这就 是 DDS 输出信号的频率关系表达式， DDS 的频率分辨率为 f fC / M ，其中 M 2N 。 在直接数字合成器中，正弦函数波形存储器（ROM）的字节数决定了相位量 化误差，每个单元内的比特数决定了幅度量化误差。在实际的 DDS 中，利用正 弦波的对称性，360 范围内的幅、相点可以减少到 90 以内，以降低 ROM 的内存 容量。由于数/模转换器实际上是以固定的时钟速率 f c 对不同频率的正弦波进行 取样合成的，随着输出频率 f o 的增加，相位取样数量减少，相位量化误差加大， 量化噪声和杂波加大，根据取样定理的条件， DDS 理论上输出的最大频率为 f max fc / 2 ，实际工作中最大频率 1
DDS 技术的原理图
DDS原理
第一讲：DDS原理；第二讲：为什么能控制频率、波形、幅值；第三讲：为什么达不到预定的标准；第四讲：工程中的各个部分；第一讲DDS的原理DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)直接数字频率合成器,也可叫DDFS。
•DDS是从相位的概念直接合成所需波形的一种频率合成技术。
•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。
DDS原理框图主要构成：内部：相位累加器，正弦查找表外围：DAC，LPF(低通滤波器)工作过程1、将存于ROM中的数字波形，经DAC，形成模拟量波形。
2、改变寻址的步长来改变输出信号的频率。
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。
3、DAC输出的阶梯形波形,经低通滤波，成为模拟波形。
频率控制在程序中，采样时钟是50M，N相位累加器的位宽是32，M频率控制字的位宽是16位；可以控制的最大的频率就是65535*50000000/4294967296=762Hz；相位控制波形存储正弦信号相位与幅度的对应关系可以将正弦波波形看作一个矢量沿相位圆转动，相位圆对应正弦波一个周期的波形。
波形中的每个采样点对应相位圆上的一个相位点。
相位累加器的值作为ROM的地址，读取ROM的相位幅度，实现相位到幅度的转换。
AD转换和滤波分析：DDS优点•频率分辨率高，可达2的N次。
•频率切换速度快，可达us量级。
•频率切换时相位连续。
•可以产生任意波形。
DDS缺点•输出频带范围有限。
•输出杂散大。
第二讲频率的控制在该工程中，有四个文件时用来控制频率的，如下：其中adder_32和reg32用来控制频率的快慢，请记住这样一个原理：波形的产生是通过产生一个ROM的寻址信号对存放波形的ROM进行寻址，然后得到ROM中的数据。
而寻址的快慢就是波形输出的频率，所以通过控制对ROM的寻址快慢就可以控制频率了。
这里控制频率的实现是通过一个32位的加法器和一个32位的寄存器进行寻址的；32位加法器的加数分别来自控制频率信号set_f和reg32模块反馈回来32为数，其实set_f就是32位加法器的一个步进值，同时也是ROM寻址的步进尺度。
直接数字频率合成DDS架构及其应用
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ｉ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａｌ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏｌ ， ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅｎ ｃ ｙ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ， ＤＤＳ， ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ
ｑｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ，ａ ｌ ｉ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ， ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ｏｎ ．Ｆｏ ｒ ｅｘ ａｍ ｐ ｌ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅｒ ｏｒ ｄ ｅｒ ｈ ａｒ ｍ ｏｎ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
１ 直接 数 字 频 率合 成 Ｄ Ｄ Ｓ 数字 技 术在 仪 器仪 表 和通 信 系统 中 的广 泛 使用 ， 产生 ＿ ｒ 参 考频 率 源产 生 多个 频 率 的数 字控 制 疗法 ，即 直接 数 字 频率 合成 （ Ｄ ＤＳ） ｌ Ｊ Ｊ 。Ｄ ＤＳ基 本架 构 如 图 ｌ 所示 。该 基 本模 型采 用 一个 稳 定时 钟 来驱 动存 储 正 弦 波 （ 或 其 它任 意 波形 ） 一 个或 多个 整 数 周期 的 可编 程
ＤＡＣ ｏ ｕ ｔ ｐｕ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｗｉ ｌ ｌ ｔ ｕ ｒ ｎ ｂ ａ ｃ ｋ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｎｙ ｑ ｕ ｉ ｓ ｔ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ， Ｓ Ｏ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｂ ｅ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ， ｗｈ ｉ ｌ ｅ
创 新 应用
Ｉ Ａ ｐ ｐ ． ｃ ａ ｔ 。 ｎ ｓ
直接数 字频率合成 Ｄ Ｄ Ｓ架构 及 其应 用
李林东 （ 长 春 理 工 大学 电子 信 息 工 程 学 院 ，吉 林 １ ３ ０ ０ ２ ２） 摘要 ：随着数 字技术在 仪器仪表和通信 系统 中的广泛使用 ，产 生 了参考频率 源产 生多个频率 的数 字控制方法 ，即直接数字频 率合成 （ Ｄ Ｄ Ｓ） 。Ｄ Ｄ Ｓ 是一种采样数据 系统 ，必须考虑所 有与采样 相关的 问题 ，包括量化 噪声 、混叠 、滤 波等。例如 ，Ｄ Ａ Ｃ 输 出频率的高 阶谐 波会折回奈奎斯特 带宽 ，因而不可滤 波 ，而基于 Ｐ Ｌ Ｌ的合成器 的高阶谐 波则可 以滤波 。此 外 ，还有其它几种 因素 需要考虑 。 关键 词 ：数 字控 制 ；频 率合 成 ；ＤＤＳ；相 位 累加