基于FPGA的双路正交高精度DDS设计与实现

"该资源是一篇关于‘一种双路正交输出的高精度低杂散直接数字合成器’的技术文档，出自《厦门大学学报（自然科学版）》2019年1月刊，作者包括陈丽燕、许惠英和陈亮亮。文中讨论了直接数字合成器(DDS)的工作原理，提出DDS资源优化的设计方法，并在ISE软件环境下使用Verilog语言在FPGA上实现了双路正交输出的高精度低杂散DDS。通过MATLAB环境对输出频谱特性进行了仿真，并分析了DDS设计参数与输出信号杂散度的关系，为实际工程应用提供了设计参考。该研究得到了国家自然科学基金的支持。" 正文: 直接数字合成器(DDS)是一种用于生成连续波频率信号的电子设备，其工作原理基于数字信号处理技术。DDS的核心是相位累加器，它将输入的控制字（频率字）与一个初始相位值相加，然后将结果转换为角度，再由查表法或波形生成算法转化为模拟波形。通过改变频率字，可以快速调整DDS输出的频率。 文中提出的DDS设计优化方法旨在提高DDS的性能，包括精度和杂散抑制。精度主要取决于DDS的分辨率，即频率字的位数，位数越多，频率分辨率越高，输出信号更精确。杂散是由于DDS内部非线性产生的额外频率成分，降低杂散可以改善信号质量。 在ISE软件环境下，使用Verilog硬件描述语言实现DDS，这是一种广泛应用的FPGA设计工具。Verilog允许设计者用结构化语句来描述电路，便于逻辑综合和实现。FPGA（现场可编程门阵列）因其可重构性和高速性能，常被用于DDS等高性能数字系统。 设计中，DDS实现了双路正交输出，这意味着它可以生成一对相位相差90度的信号，这对无线通信系统中的IQ调制至关重要。双路正交输出的实现需要精确的相位控制和信号分离技术。 MATLAB环境下的仿真验证了DDS的频谱特性，这包括检查输出信号的纯度、谐波失真和杂散水平。通过调整设计参数，如采样率、频率分辨率和相位噪声抑制技术，可以进一步优化DDS的性能。 作者还分析了DDS设计参数与输出信号杂散度之间的关系。这种分析对于理解DDS性能限制和优化策略至关重要，因为它可以帮助设计者在满足特定性能指标的同时，最小化资源消耗。 这篇论文提供了一种在FPGA上实现双路正交输出、高精度、低杂散的DDS方法，不仅详细阐述了DDS的基本原理，还探讨了实际设计和优化技巧。这样的研究对于提升无线通信系统、雷达系统以及其他需要高精度频率源的应用具有重要的理论和实践价值。