基于FPGA和虚拟仪器的DDS信号发生器设计

贾佳

（西安航空职业技术学院 电子工程系，陕西 西安 710089）

信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于通信、测量、科研等现代电子技术领域。信号发生器的核心技术是频率合成技术，主要方法有：直接模拟频率合成、锁相环频率合成（PLL）、直接数字合成技术（DDS）。DDS是开环系统，无反馈环节，输出响应速度快，频率稳定度高。因此直接数字频率合成技术是目前频率合成的主要技术之一。文中的主要内容是采用FPGA结合虚拟仪器技术，进行DDS信号发生器的开发[1-2]。

1 DDS工作原理

图1是DDS基本结构框图。以正弦波信号发生器为例，利用DDS技术可以根据要求产生不同频率的正弦波。

图1 基本DDS结构Fig.1 DDS structure diagram

DDS电路主要由相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表、DAC和低通滤波器构成。其中，相位累加器是整个DDS的核心，完成相位累加的功能。下面对相位累加器的输入即相位增量进行分析。

对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述：

其中Sout是指该信号发生器的输出信号波形，fout指输出信号对应的频率。正弦信号的相位：θ=2πfoutt。在一个clk周期Tclk，相位θ的变化量为：

为了用数字化逻辑实现电路，必须对Δθ进行数字量化，把2π切割成2N份，由此每个clk周期的相位增量Δθ用量化值BΔθ来表述：

由此，可得：

显然，信号发生器的输出可描述为：

其中θk-1指前一个clk周期的相位值。

由上面的推导可以看出，只要对相位的量化值进行简单的累加运算，就可以得到正弦信号的当前相位值，而用于累加的相位增量量化值BΔθ（也叫频率控制字）决定了信号的输出频率fout，并呈现简单的线性关系。……