函数发生器（硬件）FPGA DDS AD9854 多波形信号发生器

函数发生器的设计（硬件）

摘要

DDS 是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形 ROM、D/A 转

换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字

频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于 ROM 的地址线位数，幅度

量化噪声取决于 ROM 的数据位字长和 D/A 转换器位数。

DDS 有如下优点：⑴ 频率分辨率高，输出频点多，可达 个频点(N 为相位

累加器位数)；⑵频率切换速度快，可达 us 量级；⑶ 频率切换时相位连续；⑷

有 D/A 转换器和正交调制器。采用 FPGA 设计了任意波形发生器（三角波，锯

齿波，调频波，调相波，调幅波等）。完成了硬件方面的设计。

关键词:直接数字频率合成 任意波形发生器 现场可编程门阵列 硬件部分

Function Generator Design（Hardware）

Abstraet

DDS is an all-digital frequency synthesizer, the phase accumulator, waveform

ROM, D / A converter and low pass filter constituted. Given clock frequency, the

output signal frequency depends on the frequency control word, the median

frequency resolution depends on the accumulator, the phase resolution depends on the

median line of the address ROM, amplitude quantization noise depends on the ROM

waveforms. all-digital implementation, easy integration, small size, light weight,⑺

so since the eighties research and development of all countries in the respective DDS

products, such as the United States Q2334, Q2220, STEL-1175, STEL-1180, AD's

AD7008, AD9850, AD9854 and so on. The DDS chip's clock frequency from several

megahertz to several megahertz Hz range, the chip features from the general to

integrated D/A converters and quadrature modulator. FPGA design with arbitrary

waveform generator (triangle wave, sawtooth wave, FM waves, phase modulation

wave, amplitude, etc.). Completed the hardware design.

Keywords: direct digital frequency synthesis arbitrary waveform generator field

programmable gate array hardware

1.3 直接数字频率合成技术的现状与应用

第二章 直接频率合成的原理及技术分析.........................................................................................5

2.1 DDS 的基本原理....................................................................................................................5

2.2 DDS 的优点和缺点

第三章 DDS 频谱分析以及散杂抑制................................................................................................7

3.1 理想的 DDS 频谱

[7]

3.2 非理想状态下的散杂以及抑制方法.....................................................................................7

5.1 FPGA 的概述........................................................................................................................14

5.2 控制模块设计.......................................................................................................................15

5.3 相位累加器的设计...............................................................................................................16

5.4 波形 RAM 的设计................................................................................................................17

5.5 D/A 转换器电路的设计.......................................................................................................18

第六章 DDS 任意波形函数信号发生器的硬件电路设计与调试..................................................20

6.1 DDS 任意波形发生器的总体结构......................................................................................20

6.2 DDS 任意波形发生器各模块的功能及实现......................................................................21

6.3 硬件的制作与调试...............................................................................................................26

第七章 结论.......................................................................................................................................29

频率合成技术起源于上世纪30年代，早期把频率合成技术定义为将一个或多个高精度和

高稳定度的基准源，经过混频、倍频和分频等加、减、乘、除运算，产生其它高精度和高稳

定度频率源的一种技术，可见，频率合成器的实质是一个频率转换装置。现代频率合成器主

要有直接式和间接式两种。

早期的频率合成器是由一组晶体组成的晶体振荡器，要输出多少个频率点，就需要多少

个晶体。频率的切换由人工来完成，频率的准确度和稳定度主要由晶体来决定，很少与电路

有关。后来，这种合成方法被非相干合成的方法所替代。非相干合成法虽然也使用了晶体，

但它的工作方式是以少量的晶体产生许多频率。与早期的合成方式相比，成本降低了，而稳

定性提高了。但是此项任务非常复杂，而且成本高，不经济，所以后来科学家又提出了相干

合成法。相干合成法是由一个准确度和稳定度达到要求的参考源产生许多频率的方法。非相

干合成法用了许多晶体振荡器，而相干合成只使用一个参考频率源，因此，在相干合成装置

交信号、可编程、全数字化、便于单片集成等优越性能，因此在短短二十年时间里，得到了

飞速的发展，其应用也越来越广泛。目前市场上性能优良的DDS产品不断推出，主要有AD

公司的系列产品(如AD9858，最高时钟可达10Hz，控制灵活，输出波形丰富等)。我们选

用的DDS芯片BTDS52其时钟频率高达2．5GHz。

DDS 的基本结构