DDS频率合成信号发生器.doc

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）1绪论随着科学技术的迅速发展，人们对信号源的要求也越来越高，要求信号源的频率具有较好的稳定度、准确度及分辨率，以适应各种高精度的测量.直接数字频率合成（DDS）是一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展.本文介绍的频率合成信号发生器，不仅能实现高稳定度、高精度、高分辨率的要求，还具有体积小、价格便宜的特点，可以作为教学实验和科学研究的信号源.DDS技术的核心是相位累加器，它类似一个计数器，每收到一个时钟信号，相位累加器的输出就增加一个步长的相位增加量，相位增加量的大小由频率控制字确定.信号波形的数据表包含待产生信号一个周期的幅度—相位信息.从数据表中读出相位累加器输出相位信号值对应的幅度数据，通过DAC将该数据转换成所需的模拟信号波形输出.相位累加器的相位累加为循环迭加，这样使得输出信号的相位是连续的.相位累加器进行线性相位累加，累加满量时产生一次计数溢出，这个溢出率即为输出信号的频率.频率控制字内的相位增加量越大，相位累加器的溢出率越高，输出信号的频率越高.相位控制字相位累加器fout頻率控∑相位∑正弦DAC正弦制字M寄存器查询表时钟fC图1-1DDS的基本原理框图淮阴工学院毕业设计说明书（论文）一个典型的DDS系统如图1-1所示相位累加器可以在时钟的控制下完成相位的累加相位/幅度码转换电路一般由正弦ROM查询表实现D/A转换电路将数字形式的幅度码转换成模拟信号低通滤波器将DDS产生的混叠干扰滤除等四部分组成。DDS技术的基本原理是利用采样定理通过查表法产生波形。它首先对需要产生的波形进行采样将采样值数字化存入存储器作为查找表然后再通过查找表将数据读出经过D/A转换器转换成模拟量把存入的波形重新合成出来。对每一个时钟脉冲N位加法器将频率控制字FSW与累加寄存器输出的累加相位数据相加把相加后的结果送至相位累加器的输入端。相位累加寄存器一方面将上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制字FSW相加如图1-1所示另一方面将这个值作为取样地址值送入幅度/相位转换电路幅度/相位转换电路根据这个地址值输出相应的波形数据。最后经数/模转换和低通滤波器将波形数据转换成所需要的模拟波形。这其中导致了各种误差尤其是相位截断误差因此各种杂波是不可避免的。1.1频率合成方法简介信号发生器是一种历史最为悠久的测量仪器。早在二十年代，当电子设备刚开始出现时，它就出现了。随着通信和雷达技术的发展，四十年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器成为定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单与数字仪器、示波器等相比，因此发展速度较慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器。自六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。直接数字频率合成技术发展到现在，合成信号频率的精确自度和频谱的纯度仍然是其今后发展的主要方向。80年代以来各国都在研制DDS产品，随着基础电路制造工艺的逐步提高，通过采用先进的工艺和低功耗的设计，DDS的工作速度已经有了很大的提高并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司淮阴工学院毕业设计说明书（论文）的产品比较有代表性，如AD7O08、AD9850、AD9851、AD9854、AD9858等。频率合成技术从30年代发展到现在，已经进入成熟阶段。目前最常用的频率合成方案有两种，直接混频级联法和数字锁相环法。由于数字集成电路的迅猛发展，集成合成器和数字计算技术频率合成方案大量涌现。大规模集成电路的应用又为数字技术的方案提供了广阔的前景。从频率合成技术的发展过程看，频率合成的方法主要有三种：1.由Finden首先提出的最早的合成方法称为直接频率合成，它是使基准信号通过脉冲形成电路来产生丰富谐波脉冲，随后通过混频、分频、倍频和带通滤波器完成频率的变换和组合，以产生我们需要的大量离散频率，从而实现频率合成。其合成方法大致可以分为两种基本类型：一种是所谓非相关合成方法，另一类是所谓相关合成方法。这两种合成方法的主要区别在于所使用的参考频率源的数目不同。非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分别由这些参考源提供。它的缺点在于制作具有相同频率稳定性和精度的多个晶体参考频率源既复杂又困难，而且成本高。2.锁相频率合成，是应用模拟或数字锁相环路的间接频率合成。它被称为第二代频率合成技术。早期的合