基于FPGA的DDS設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

0 引言
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在通信系統(tǒng)中往往需要在一定頻率范圍內(nèi)提供一系列穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率信號(hào)，一般的振蕩器己不能滿足要求，這就需要頻率合成技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)是把一系列數(shù)據(jù)量形式的信號(hào)通過D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號(hào)合成技術(shù)。DDS具有相對(duì)帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的姣姣者。目前在高頻領(lǐng)域中，專用DDS芯片在控制方式、頻率控制等方面與系統(tǒng)的要求差距很大，利用FPGA來設(shè)計(jì)符合自己需要的DDS系統(tǒng)就是一個(gè)很好的解決方法。
現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件具有工作速度快、集成度高、可靠性高和現(xiàn)場(chǎng)可編程等優(yōu)點(diǎn)，并且FPGA支持系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試，由此設(shè)計(jì)的DDS電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，也基本能滿足絕大多數(shù)通信系統(tǒng)的使用要求。

1 DDS的結(jié)構(gòu)原理
DDS的基本原理是利用有限的離散數(shù)據(jù)，通過查表法得到信號(hào)的幅值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D／A后生成連續(xù)波。DDS的原理框圖如圖1所示。

其中：頻率控制字為fword；相位累加器的位數(shù)為N。相位累加器以步長(zhǎng)fword做累加，產(chǎn)生所需的頻率控制數(shù)據(jù)；把得到的頻率控制數(shù)據(jù)作為地址對(duì)ROM存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ROM)實(shí)質(zhì)是一個(gè)相位／幅度轉(zhuǎn)換電路，ROM中存儲(chǔ)二進(jìn)制碼表示所需合成信號(hào)的相位／幅度值，相位寄存器每尋址一次ROM，就輸出一個(gè)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)相位／幅度值。
理想情況下，累加器的N位全部用來尋址時(shí)，DDS的合成頻率為：

式中：fword為頻率控制字；N為相位累加器位數(shù)；fclk為輸入時(shí)鐘。當(dāng)fworld=1時(shí)，得DDS的最小分辨率。如果改變頻率控制字，就可以改變合成的頻率的頻偏。

2 DDS調(diào)頻系統(tǒng)在FPGA中的實(shí)現(xiàn)
2．1 累加控制模塊的設(shè)計(jì)
累加控制模塊通過調(diào)用QuartusⅡ中模塊化庫LPM進(jìn)行設(shè)計(jì)。即由加法器lpm_add_sub和乘法器lpm_mult及累加器altaccumulate模塊構(gòu)成。若要求DDS系統(tǒng)精度高，相位累加器的位數(shù)N須較大?，F(xiàn)在大多數(shù)專用的DDS芯片的位數(shù)都在24～32位之間，這里取N=32。累加控制模塊如圖2所示。