基于DDS的高分辨率信号发生器的实现（图）
发布时间:2007/8/28 0:00:00 访问次数:464
电源技术应用 张静 李廷军 刘长茂 郭海燕
摘 要：在介绍直接数字频率合成（DDS）技术基本原理的基础上设计一种信号发生器。通过介绍整个电路的工作原理，提出了一种改进信号发生器输出分辨率的方法，经过分析说明了这种方法是可行的。
关键词：DDS；信号发生器；分辨率；波形
1 引言
信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使 用。信号源作为一种通用电子测试仪器是我军进行高科技战争不可缺少的一种测试仪器。因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要。DDS技术是一种新兴的频率合成技术，他具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点。
根据DDS的特点将其应用于信号源中可以大大提高信号源的分辨率，而且可以有效的降低成 本、缩小体积。
2 DDS的原理
如图1所示，将要产生的波形数据存入波形存储器中，然后在参考脉冲的作用下，对输入的 频率数据进行累加，并将累加器输出的一部分作为读取波形存储器的地址，将读出的波形数据经D/A转换为相应的电压信号，D/A转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波器波后便输出了光滑的合成波形的信号。
DDS的输出信号的频率为：
其中：fout为信号合成频率；fclk为参考时钟频率；ΔPhase为频率设置数据，也称为频率控制字N为相位累加器的位数。
DDS的频率分辨率即最低频率为：
所以只要N足够大，DDS可以得到很小的频率间隔。要改变DDS的输出信号的频率，只要改变ΔPhase即可。
根据奈奎斯特抽样定理，DDS的最大频率为：
3 系统组成及工作原理
3.1 波形发生器的主要技术指标
标准波输出：正弦波、方波、三角波、正锯齿波和梯形波。
任意波输出：1×4 096点（抽样）。
输出频率范围：0.000 1～5M Hz。
相对频率分辨率：10-3 Hz。
输出信号电压： 5Vp-p。
相位噪声：≤-90 dB/Hz。
3.2 电路原理简介
从式（1）可知，要确定信号的输出频率只要确定了N，K（即ΔPhase）和fclk 三个参数即可。假设固定fclk，对K进行变化，由奈奎斯特定理可知为了保证其保真度，要求对波形进行至少8个点的取样。
从分析可知，波形库中存储波形幅值的数据越多，输出的波形越逼近实际波形，所以在设计电路时采用4 k×8 b大小的双口RAM。如果满足条件：至少取样8个点，则步进长度最大为K＝1 000 000 000 B(
电源技术应用 张静 李廷军 刘长茂 郭海燕
摘 要：在介绍直接数字频率合成（DDS）技术基本原理的基础上设计一种信号发生器。通过介绍整个电路的工作原理，提出了一种改进信号发生器输出分辨率的方法，经过分析说明了这种方法是可行的。
关键词：DDS；信号发生器；分辨率；波形
1 引言
信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使 用。信号源作为一种通用电子测试仪器是我军进行高科技战争不可缺少的一种测试仪器。因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要。DDS技术是一种新兴的频率合成技术，他具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点。
根据DDS的特点将其应用于信号源中可以大大提高信号源的分辨率，而且可以有效的降低成 本、缩小体积。
2 DDS的原理
如图1所示，将要产生的波形数据存入波形存储器中，然后在参考脉冲的作用下，对输入的 频率数据进行累加，并将累加器输出的一部分作为读取波形存储器的地址，将读出的波形数据经D/A转换为相应的电压信号，D/A转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波器波后便输出了光滑的合成波形的信号。
DDS的输出信号的频率为：
其中：fout为信号合成频率；fclk为参考时钟频率；ΔPhase为频率设置数据，也称为频率控制字N为相位累加器的位数。
DDS的频率分辨率即最低频率为：
所以只要N足够大，DDS可以得到很小的频率间隔。要改变DDS的输出信号的频率，只要改变ΔPhase即可。
根据奈奎斯特抽样定理，DDS的最大频率为：
3 系统组成及工作原理
3.1 波形发生器的主要技术指标
标准波输出：正弦波、方波、三角波、正锯齿波和梯形波。
任意波输出：1×4 096点（抽样）。
输出频率范围：0.000 1～5M Hz。
相对频率分辨率：10-3 Hz。
输出信号电压： 5Vp-p。
相位噪声：≤-90 dB/Hz。
3.2 电路原理简介
从式（1）可知，要确定信号的输出频率只要确定了N，K（即ΔPhase）和fclk 三个参数即可。假设固定fclk，对K进行变化，由奈奎斯特定理可知为了保证其保真度，要求对波形进行至少8个点的取样。
从分析可知，波形库中存储波形幅值的数据越多，输出的波形越逼近实际波形，所以在设计电路时采用4 k×8 b大小的双口RAM。如果满足条件：至少取样8个点，则步进长度最大为K＝1 000 000 000 B(
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