"DDS信号发生器是用于生成正弦波、方波和三角波的电子设备,具备可调输出频率、幅值、偏移量以及稳幅输出功能。DDS(Direct Digital Synthesis)技术基于相位累加器、频率字和正弦查找表,能够实现精确的频率步进和高速波形生成。常见的实现方案包括使用专用DDS集成芯片如AD9850,或结合单片机与FPGA。"
DDS信号发生器是信息技术领域中用于测试和研发的重要工具,其设计要求通常包括产生不同类型的周期性波形,如正弦波、方波和三角波,并能覆盖广泛的频率范围,例如10Hz到2MHz。此外,它还需要支持可调的重复频率、精细的频率步进(如≤1Hz)、可调节的输出幅值和偏移量,以及在负载变化时保持稳定输出幅度的能力。显示输出波形类型和重复频率等功能也有助于用户更好地理解和使用设备。
DDS技术的核心是通过直接数字频率合成来生成波形。它利用高精度的基准时钟(如fCLKIN)对正弦信号进行采样,将相位和幅值数字化。相位累加器是DDS系统的关键组件,它接收频率字作为输入,随着时间的推移累加相位,产生连续的相位变化。频率字决定了输出信号的频率,而相位累加器的位宽(N)决定了频率分辨率,即频率步进的大小。
DDS信号的生成过程可以分为以下步骤:
1. 将目标输出频率 fout 与基准时钟 fclk 相关联,通过计算得到频率字 M 和相位增量 △θ。
2. 使用相位累加器,每当时钟脉冲到来时,增加频率字 M 的值,产生连续的相位变化。
3. 通过查找表(ROM)根据累加器的输出地址获取对应的正弦函数值,这个表预先存储了2π弧度内的正弦值。
4. 最后,通过数模转换器(D/A)将数字信号转换为模拟信号输出。
实现DDS信号发生器有两种主要技术方案:
1. 采用专用的DDS集成芯片,如AD9850。这类芯片集成了相位累加器、频率控制逻辑和D/A转换器,可以直接与微处理器通信,根据输入的频率字产生所需波形。
2. 利用单片机和现场可编程门阵列(FPGA)联合设计。单片机负责处理控制逻辑和数据计算,而FPGA则实现高速的并行计算和波形生成。
以AD9850为例,该芯片提供125MHz的参考时钟,可以通过设置4字节频率字来生成所需频率的信号。控制字的传输通常遵循特定的时序,以确保正确配置和操作DDS芯片。
DDS信号发生器利用数字技术实现了高效、精确和灵活的波形生成,广泛应用于通信、雷达、电子测试等领域。理解DDS的工作原理和实现方式对于开发和应用高性能信号发生器至关重要。