DDS信號(hào)發(fā)生器的理解與實(shí)現(xiàn)

基于Verilog的DDS波形發(fā)生器的分析與實(shí)現(xiàn)（三角波、正弦波）

最近學(xué)習(xí)了一下關(guān)于DDS的相關(guān)知識(shí)，本篇概要記錄一下自己的理解與實(shí)現(xiàn)。

DDS信號(hào)發(fā)生器采用直接數(shù)字頻率合成（Direct Digital Synthesis，簡(jiǎn)稱DDS）技術(shù)，把信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度提高到與基準(zhǔn)頻率相同的水平，并且可以在很寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)的頻率調(diào)節(jié)。采用這種方法設(shè)計(jì)的信號(hào)源可工作于調(diào)制狀態(tài)，可對(duì)輸出電平進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可輸出各種波形。

下圖為DDS 的基本結(jié)構(gòu)圖

由上圖 可以看出，DDS 主要由相位累加器、相位調(diào)制器、波形數(shù)據(jù)表以及 D/A 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

相位累加部分控制輸出波形頻率，相位字輸入部分來改變相位，ROM表中存儲(chǔ)一個(gè)周期波形的幅度值。

其中相位累加器由 N 位加法器與 N 位寄存器構(gòu)成。每來一個(gè)時(shí)鐘，加法器就將頻率控制字與累加寄存器輸出的相位數(shù)據(jù)相加，相加的結(jié)果又反饋至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時(shí)鐘作用下，不斷對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性相位累加。即在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)，相位累加器便把頻率控制字累加一次。相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號(hào)的相位。相位累加器的溢出頻率，就是 DDS 輸出的信號(hào)頻率。（解釋：定義一個(gè)N位寄存器，一般為32位，如果來一個(gè)時(shí)鐘計(jì)一次，那就要計(jì)2^32次才滿，這樣太慢，因此引入頻率控制字設(shè)為A，以前以1為單位，現(xiàn)在以A為單位計(jì)數(shù)累加，可以控制計(jì)數(shù)更新的速度）

用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)，作為波形存儲(chǔ)器的相位采樣地址，這樣就可以把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器里的波形采樣值經(jīng)查表找出，完成相位到幅度的轉(zhuǎn)換。波形存儲(chǔ)器的輸出送到 D/A 轉(zhuǎn)換器，由 D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。

一般32位累加器不會(huì)全用來輸出作為ROM地址，會(huì)根據(jù)ROM深度來適當(dāng)截取高位作為地址，其余位可以作為控制頻率。例如現(xiàn)在ROM中存儲(chǔ)波形一個(gè)周期數(shù)據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)位寬8位，則數(shù)據(jù)范圍為0-2^8（256），但是要產(chǎn)生一個(gè)周期波形需要512個(gè)，因?yàn)?-256一般是上升期，256-0處于下降期，那么現(xiàn)在ROM深度為512，則地址位寬應(yīng)為9位，2的9次方=512，則32位累加器只需高9位即可［31：23］尋址，其余位用來控制地址改變的頻率。假如現(xiàn)在每來一個(gè)時(shí)鐘地址變一次，那么其余位（即頻率控制字A）應(yīng)設(shè)置為32‘h800000即32’b0000_0000_10000000_0000_0000_0000_0000，最高位1其實(shí)就是地址的最低位，累加器初始為0，來個(gè)時(shí)鐘沿加一次A，高9位地址變化一次。要想兩個(gè)時(shí)鐘變化一次，那么A就是32‘b0000_00000100_0000_0000_0000_0000_0000，兩個(gè)時(shí)鐘之后地址的最低位才會(huì)變化。這樣通過對(duì)頻率控制字A的設(shè)置就可以達(dá)到改變地址的變化頻率，其實(shí)就是輸出的頻率。不知道這樣說看者能否理解。

這里相位累加器位數(shù)為 N 位（N 的取值范圍實(shí)際應(yīng)用中一般為 24~32），相當(dāng)于把正弦信號(hào)在相位上的精度定義為 N 位，所以其分辨率為1 /2。若 DDS 的時(shí)鐘頻率為