1 DDS(直接数字式频率合成器) 基本原理

直接数字频率合成是从相位概念出发直接合成所需波形 一种频率合成技术,　 DDS把一系列数字量形式 信号通过数模转换器(DAC)转换成模拟量形式 信号，其基本结构如图1所示,　

DDS由相位累加器， 加法器， 波形存储器(ROM)， 数字乘法器， D／A转换器和低通滤波器(LPF)组成,　 DDS 核心是相位累加器，由一个加法器和一个相位寄存器(REG)级联构成,　 在参考时钟fc 控制下，相位累加器对频率控制字K进行线性累加，输出 和再与相位控制字P相加后作为地址，对ROM进行寻址,　 ROM中存放 是经过采样， 量化处理后 某种周期性连续信号一个周期波形 幅度值，也就是与一个周期 相位采样相对应 函数波形查找表，不同 相位地址对应这种周期信号 不同幅度值编码,　 ROM输出 幅度值编码通过数字乘法器被幅度控制字A加权，加权后 幅度值编码经D／A转换器变成相应 阶梯波，再经低通滤波器平滑后就可以得到所合成信号 模拟波形,　 合成 信号波形取决于ROM中存放 幅度值数据，因此用DDS可以产生任意波形,　

设相位累加器 字长为N，则DDS 输出频率fo和频率分辨率(即最小输出频率)△fmin分别为：

只要N足够大，DDS可以得到很小 频率分辨率,　 要改变DDS 输出频率，只要改变频率控制字K即可,　

值得注意 是，根据Nyquist采样定理，在对连续信号进行采样 一个周期内，采样频率不能改变，故利用DDS进行信号合成时，在信号合成 一个周期内，频率控制字K不能发生变化，也就是K在每次改变之前至少应该持续2N／K个DDS时钟周期，即2N／K／fc,　

通过改变相位控制字P可以控制输出信号 相位参数，设相位加法器 字长为M，当相位控制字由0变到P(P≠0)时，ROM 输入为相位累加器 输出与相位控制字P之和，因此其输出 幅度值相位会增加2πP／2M，从而使最后输出 模拟信号产生相移,　

DDS输出信号 幅度可以通过在ROM之后加入一个数字乘法器来实现，幅度控制字A起到对ROM所输出 幅度值编码进行加权 作用,　

由此可见，当DDS 相位累加器字长和相位加法器字长确定后，通过改变K，P，A就可以有效地控制DDS输出 模拟信号 频率， 相位租幅度，这就是DDS技术 调制特性,　

2 VHDL语言实现 DDS

为简单起见，下面所描述 DDS仅设置了频率控制字K，相位控制字P和幅度控制字A都未予以考虑，其处理可以类推,　 DDS 输出为正弦波信号,　

由于正弦波关于π奇对称，关于π／2与3π／2偶对称，因此波形存储器(ROM)中只需存储其1／4个周期 幅度值编码,　 具体地，ROM中存储正弦波0～π／2相位范围内 256个采样点 幅度值，采用8位编码,　 而DDS 输出为9位，最高位作为符号位，用以区分幅度值 正负，“0”表示正，“1”表示负,　 ROM为8位地址寻址，而相位累加器 字长采用10位,　 最高位用以区分正弦波 前， 后半周期，“0”为前半周期，幅度值为正，“1”为后半周期，幅度值为负,　 次高位用以区分正弦波前， 后半周期 前， 后1／4周期，“0”为前1／4周期，寻址地址为相位累加器 低8位，“1”为后1／4周期，寻址地址为相位累加器低8位 取反,　

用VHDL实现DDS 源程序 核心部分如下：

在Xilinx ISE 8.2i开发环境中对其进行仿真 结果，如图2所示,　

3 扫频信号 产生

利用DDS技术 调制特性可以方便地产生扫频信号，仅需控制DDS 频率控制字K，让其随预期设计 规律变化即可,　

为了采用DDS实现扫频信号扫频带宽范围内 各个频点fi，需要为其确定相应 频率控制字Ki，从而很容易地计算出所需 一系列Ki值,　 与DDS 基本原理类似，将符合设计要求 一系列Ki值存储在一张查找表中,　 再利用一个计数器循环计数，将其输出作为查找表 寻址地址，以此不断地循环读取查找表中 各个Ki,　 这样就可以使受Ki控制 DDS 输出始终在所预期设计 各个频点fi上变化，达到扫频 目 ,　 其中，计数器循环一次 时间就是所要实现 扫频信号 扫频周期，而计数器 计数范围则与扫频信号扫频带宽范围内 频点个数相对应,　

以上就是利用DDS实现扫频信号 基本思路，以下是实现此思路 VHDL源程序 主要部分：

在Xilinx ISE 8.2i开发环境中对其进行仿真 结果如图3所示,　

4 结语

VHDL是IEEE 工业标准硬件描述语言，可以描述硬件电路 功能， 信号连接关系及定时关系，在电子工程领域用来描述， 验证和设计电子线路得到了广泛 接受和应用,　 利用DDS技术 调制特性产生各种调制信号简单方便，容易实现,　 从文中不难看出，将VHDL语言与DDS技术结合起来设计生成调频信号，直观快捷，可操作性很强，必将得到更加广泛 应用,