目前，大多使用直接数字频率合成(dds)方法产生高频波形。本文利用dds原理，通过fpga产生2个不同频率的高频信号，再经过换能器转换成2路超声波，在外部干涉合成次声波。

　　1 dds的基本原理和结构框图

　　dds(direct digital synthesis)是从相位概念出发，将数字信号转换成模拟信号来获得所需波形的一种频率合成技术。日前，使用最广泛的是基于查找表(look-up-table)结构的方法。图1是dds的基本原理图。

　　dds是由相位累加器(一个累加器、相位寄存器和加法器构成)、lut(正弦查找表)、dac(数／模转换器)和lpf(低通滤波器)组成。该dds系统的核心是相位累加器。

　　假设频率控制字是m，相位累加器的长度为n。工作原理：每来一个时钟fc，n位的相位寄存器以步长m增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。正弦查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，驱动dac，输出模拟量。相位寄存器每经过2n／m个fc时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到起始位置。整个dds系统输出一个正弦波。

　　输出频率：fo=fcm／2n；

　　最小分辨率：△fmin=fc／2n。

　　由上面的公式可知，输出频率由频率控制字m、相位累加器的长度n、时钟fc决定。

　　由于dds的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所以fmax=fc／2。

　　2 次声波合成基本原理

　　次声波的合成主要需要产生两个同相、频率差小于20 hz的高频正弦波。

　　本文中，次声波合成的基本框图可由两个dds基本框图构成。生成的高频信号f0，f1通过外部换能器转换成频率差小于20 hz的超声波，经过干涉合成次声波。如图2所示。

　　3 用fpga实现次声波的合成

　　3.1 fpga的内部结构

　　利用fpga设计次声波的合成电路，可以把波形信息存储在rom中，通过修改rom中的波形数据来实现灵活的频率和相位要求。

　　本文中，利用lpm(参数化模块库)，通过设置lpm模块的参数，来满足设计要求。图3是调用lpm模块设计的生成双路高频信号的核心电路。此电路由4个加法器(lpm-add-sub)，2个寄存器(lpm-dff)及2个rom(lpm-rom)组成。f1[n..0]，f2[n..0]为双路高频信号的频率输入控制字，clk为同步时钟，t1[m..0]，t2[m..0]为输出，可以接到d／a转换器上。由于本设计不需要相位调制，所以没有使用相位输入控制字。

　　3.2 外围电路控制

　　图4为fpga的外部控制电路。

　　利用键盘输入双路高频信号的频率、相位控制字，经过单片机输入到fpga，fpga生成的2路高频信号经过dac转换成模拟信号，通过lpf使波形更平滑，再通过外接换能器形成超声波，经过干涉最终合成次声波。

　　4 仿真实验

　　4.1 max+plusⅱ仿真

　　本设计中，时钟频率为1 mhz，相位累加器的长度n=16，lpm-rom地址宽度为11位，数据宽度为ll位。

　　(1) 正弦查找表的生成

　　正弦查找表采用altera的lpm-rom模块，完成信号相位／幅值的转换功能。为了保证波形的平滑，设计时将一个周期分为2 048个点。并且利用c语言描述正弦方程，源程序如下：

　　把上述c程序编译成程序后，再在max+plusⅱ编译加上头部说明的文件，生成.mif文件，程序如下：