DDS信号发生器：最小频率步进与实现技术

"本文主要介绍了DDS（直接数字频率合成）信号发生器的工作原理、设计要求以及两种实现技术方案，特别指出当M取1时，输出信号的最小频率步进为N/fclk。" DDS（Direct Digital Synthesis）是一种用于生成各种频率信号的电子技术，它通过数字方式产生信号，具有频率分辨率高、频率切换速度快和信号质量好的优点。在DDS信号发生器中，主要由相位累加器、频率字寄存器、ROM（正弦表）、D/A转换器和信号输出等部分组成。 设计一个DDS信号发生器通常有以下要求： 1. 能够产生正弦波、方波和三角波三种基本波形。 2. 输出频率范围应从10Hz到2MHz，对于非正弦信号，频率按10次谐波计算。重复频率可调，频率步进间隔不超过1Hz。 3. 输出波形的幅值应在0到10V（峰-峰值）之间，并且幅值和偏移量可调。 4. 具备稳幅输出功能，即使负载变化，输出电压幅度的变化也不超过±3%（负载电阻变化范围：50Ω~∞）。 5. 显示输出波形类型、重复频率等功能。 DDS的基本原理是通过相位累加器对频率字进行累加，这个频率字决定了相位增量。频率步进间隔与M和N有关，当M取1时，最小频率步进为N/fclk，其中fclk是基准时钟频率，N是正弦表的大小。正弦波的幅度通过查找ROM中的正弦表获取，因为直接计算正弦函数在实时应用中效率较低。 实现DDS信号发生器有两种常见方案： 1. 使用专用的DDS集成芯片，例如AD9850。这种芯片内部集成了相位累加器、D/A转换器和控制逻辑，只需提供频率字和参考时钟即可输出所需频率的信号。例如，如果AD9850的参考时钟fCLKIN为125MHz，要产生50Hz的正弦波，频率字为000006B6H。 2. 采用单片机（如MCU）配合现场可编程门阵列（FPGA）实现。单片机负责计算和控制，而FPGA则实现高速的相位累加和波形生成。 在实际应用中，DDS信号发生器广泛用于通信、测试测量、雷达、无线系统等领域，能够方便地产生高质量、高精度的任意频率信号。