DDS的基本原理是什么？DDS的性能分析

1、為什么要用DDS

優(yōu)點：切換速度快、頻率分辨率高、相位連續(xù)等優(yōu)點，易于集成，功耗較低。輸出信號的相對帶寬較寬，一般為參考信號的三分之一以上。小步進捷變頻的頻率源的實現(xiàn)，一般采用DDS方案實現(xiàn)頻率源的小步進。

缺點：DDS輸出頻率的限制導(dǎo)致其不能實現(xiàn)較為寬帶的頻率源。輸出頻率較低，一般為MHz數(shù)量級。DDS在部分頻段雜散大，從而影響頻率源的性能。DDS的最大劣勢也就在于其輸出較多雜散。

DDS基本原理

2、DDS基本原理

DDS是通過數(shù)字的方式構(gòu)建幅值相位之間的關(guān)系，通過查表讀取對應(yīng)離散的相位幅值數(shù)據(jù)，后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出需要的模擬正弦信號。常規(guī)的DDS是由相位累加器、波形存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器以及濾波器組成。

一個周期內(nèi)正弦波的幅度隨時間的變化并不是線性的，但它的相位隨時間是線性變化的。在一個周期內(nèi)相位與幅度是一一對應(yīng)的，所以將原有數(shù)字正弦信號進行重新組合產(chǎn)生新的正弦信號。

相位累加器是系統(tǒng)的核心，它控制了系統(tǒng)的最終輸出頻率，它由一個加法器和一個寄存器組成。波形存儲器以相位碼為地址存儲了正弦波形的幅值碼，相當(dāng)于正弦函數(shù)的相位幅值對照表，根據(jù)相位碼ROM讀取相應(yīng)地幅值碼。

相位累加器的輸出的相位碼作為地址信息不斷對ROM進行尋址，ROM將相位信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的幅值給到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)化器將傳輸?shù)亩M制數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，經(jīng)濾波器濾波后，形成所需頻率的正弦信號。

2.1 相位累加器

結(jié)構(gòu)中包含一個N位加法器和一個N位寄存器。每當(dāng)一個參考時鐘脈沖觸發(fā)，加法器就會將輸入頻率控制字與寄存器輸出的尋址數(shù)據(jù)相加，并把相加后的結(jié)果送入寄存器進行數(shù)據(jù)更新。一個N位的相位累加器就可以存儲2^N^個相位點。相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出信號的信號頻率。

2.2、波形存儲器

頻率控制字K則是這個尋址序列的“步進”，其決定了在DDS輸出波形的一個周期中包含存儲器中幅值數(shù)據(jù)的個數(shù)。頻率控制字K越高，一個周期中包含的幅值數(shù)據(jù)越少，DDS輸出波形的頻率越高，波形的質(zhì)量越差。圖中M=K

2.3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A

數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。D/A轉(zhuǎn)換器輸出的階梯波，由于不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，除開產(chǎn)生所需要的主頻外，還會包含諧波，為了抑制這些諧波和使階梯波更平滑，需要在輸出前加濾波器。

2.4、輸出頻率

其中N為頻率控制字的長度，K為頻率控制字，fc為參考時鐘的頻率，f0為輸出時鐘的頻率。DDS實際上完成了對參考信號fc的分頻過程，分頻值為2 ^N^ /K。

DDS的性能分析

3.1、頻率分辨率

理想的DDS系統(tǒng)，所以默認(rèn)頻率控制字長度與波形存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器位寬相同，均取值為N。而在現(xiàn)實設(shè)計中，由于波形存儲器存儲位數(shù)有限、DAC分辨率有限等原因使得這些位寬并不相同，引起截斷誤差，這也是DDS雜散的來源。目前的頻率控制字長度可達48位，其頻率分辨力可以輕松地達到Hz數(shù)量級。

3.2、頻率切換速度

DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，與鎖相環(huán)系統(tǒng)相比的頻率切換時間極短，與頻譜純度和頻率分辨率互不相干，其頻率切換時間可以達到納秒級別。

3.3、輸出頻率范圍

根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，在DDS中，直接合成的離散信號的抽樣頻率為參考時鐘頻率，要想無失真的將數(shù)字離散信號轉(zhuǎn)換為所需頻率的模擬信號，則DDS的參考時鐘頻率應(yīng)大于等于輸出頻率的兩倍。為了保證輸出信號的質(zhì)量，DDS的輸出信號一般要小于參考時鐘頻率的五分之二。

雖然DDS的相對輸出帶寬較寬，能夠達到參考頻率的40%，但同時參考頻率值也限制了的輸出上限。目前，較長使用的芯片的最高參考頻率可達1GHz，輸出頻率最高可為400MHz。

3.4、雜散分析

獨立于輸出信號存在的無用譜稱為雜散。它們一般對稱的出現(xiàn)在頻譜上，其幅度與噪聲相比較高。下圖中理想離散信號的頻譜相比，實際中輸出的頻譜中存在更多的雜散。參考時鐘中存在的雜散，相位截斷誤差，幅度量化誤差以及轉(zhuǎn)換誤差，都會給的輸出信號帶來雜散。

除上述四種雜散外影響系統(tǒng)輸出雜散的因素還有電路板的布線有關(guān)。錯誤的布線會給系統(tǒng)帶來較多的雜散，使其輸出性能下降。

3.5相位噪聲分析

參考時鐘的相位噪聲對輸出信號的相位噪聲影響較大。通常選用相位噪聲很低的晶振作為的參考信號。