基于FPGA的DDS设计与实现

佟景泉，刘 悦，邢东峰

（兰州交通大学 光电技术与智能控制实验室，兰州 730070）

随着科技的进步和电子技术的发展，信号源应用越来越广泛，对其各方面的要求越来越高。传统的信号发生器在实际中已经不能满足需求。直接数字频率合成技术（DDS）具有频率分辨率高、频率变换速度快、相位可连续变化等特点，现在已广泛应用于信号发生器、通信及雷达系统等。

1 DDS的设计原理

DDS是从相位概念出发，直接合成所需波形的一种频率合成技术，可以合成正弦波、矩形波以及三角波，而且还可以控制波形的初始相位。DDS主要由参考时钟、相位累加器、相位调制器、波形查找表、D/A转换器以及低通滤波器（LPF）组成。DDS的原理如图1。

图1 DDS的原理图

其中K为频率控制字，P为相位控制字，W为波形控制字。设参考时钟频率为fc，相位累加器的字长为N，相位调制器的字长、波形ROM查找表以及D/A转换器的字长为M，N位相位累加器在参考时钟CLK作用下，频率控制字K累加，溢出后截断高M位与相位控制字P相累加，累加结果作为波形ROM查找表的输入地址，对波形进行寻址。ROM的输出幅度码经过D/A转换成阶梯形波形，在经过低通滤波器（LPF）平滑得到合成的波形。得到的波形取决于ROM中存储的幅度码。

频率控制字K也称作相位的增量，设fc为参考时钟的频率， fo为输出波形的频率,相位累加器的精度为N，DDS的方程为：fo=fcK/2N。由奈奎斯特采样定理可以知道，最大输出频率在当K=2N-1时，fo=fc/2。当N→∞，输出频率fo越来越细。要改变DDS的输出频率fo，只需改变的是K的取值。……