基于FPGA的DDS功能信号发生器设计与实现

频率合成技术是现代电子系统的核心组成部分，它在通信、雷达、电子对抗、导航和仪器仪表等领域发挥着至关重要的作用，已有超过70年的历史。频率合成大致经历了三个阶段：直接频率合成、间接频率合成（通过锁相环路）以及直接数字频率合成（DDS）。早期的直接频率合成虽然实现了快速频率变换和高精度，但体积大、造价高且存在寄生输出问题。间接频率合成（如锁相环路）改善了这些问题，但仍然面临高频分辨率与快速转换速度之间的挑战。 直接数字频率合成（DDS），尤其是基于FPGA的DDS，是现代信号发生器的前沿技术。FPGA，即现场可编程门阵列，因其高集成度、高速度和大容量存储器能力，非常适合实现DDS。江苏大学硕士研究生黄振华的研究论文探讨了如何利用FPGA设计一款基于DDS的函数信号发生器。该发生器可以产生包括正弦波、三角波、锯齿波、方波在内的各种波形，甚至可以生成任意波形，其步进精度高达0.01Hz，频率范围覆盖0.01Hz至20MHz，这充分展示了FPGA在提升函数信号发生器性能和降低成本方面的潜力。 论文详细介绍了DDS的理论基础，特别是利用查表合成波形的方法，以及如何将复杂的逻辑功能分解到控制模块、外围硬件和FPGA器件这三个部分。在硬件选择上，研究者选择了Altera的EP2C35F672C6i芯片作为主数据产生芯片，以其高集成度和速度优势；同时，三星公司的S3C2440被选作控制芯片。FPGA芯片的设计以及与控制芯片的接口设计是设计中的关键，论文作者利用Quartus II设计工具和Verilog HDL语言进行硬件编程，成功解决了这一难题。 通过实验验证，设计的结果达到了预设要求，证明了采用FPGA技术和软硬件结合的方法来实现任意波形发生器是切实可行的。这一研究不仅提升了信号发生器的性能，还为未来的高频电子设备设计提供了新的思路和技术支持。因此，直接数字频率合成技术特别是基于FPGA的实现方式在未来信号产生设备的发展中具有重要意义。