DDS函數(shù)信號發(fā)生器的優(yōu)點

在電子行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施和制造等領(lǐng)域，函數(shù)發(fā)生器都是有效的通用儀器。它可以生成不同頻率和幅度的大量信號，用來評估新電路的運行情況，代替時鐘信號，對新產(chǎn)品進(jìn)行制造測試，及用于許多其它用途。

自第一部正弦波發(fā)生器問世以來，函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計已經(jīng)發(fā)生了多次演進(jìn)，在當(dāng)前數(shù)字領(lǐng)域中，大多數(shù)新型函數(shù)發(fā)生器(如Agilent 33220A)正采用一種新技術(shù)，稱為直接數(shù)字合成(DDS)。DDS在大部分操作中使用數(shù)字電路，從而提供了數(shù)字操作擁有的許多優(yōu)勢。由于信號只在合成的最后階段轉(zhuǎn)換到模擬域中，所以在多個方面降低了函數(shù)發(fā)生器的復(fù)雜度，提高了函數(shù)發(fā)生器的穩(wěn)定性。

從本質(zhì)上看，DDS是一個以恒定高頻率運行的多位計數(shù)器。在溢出時，通過利用一個多位控制字來設(shè)置計數(shù)器步進(jìn)的尺寸，允許計數(shù)器過零。計數(shù)器的高階位用來尋址存儲設(shè)備，該設(shè)備保持有生成的一個波形周期的數(shù)字記錄。高頻時鐘每前進(jìn)一單位，計數(shù)器便步進(jìn)一次，存儲器也將生成一個新的地址字，而新的波形數(shù)據(jù)值將會發(fā)送到DAC。DAC輸出的是取樣模擬波形，該波形經(jīng)重構(gòu)濾波器之后由發(fā)生器輸出。

DDS的主要優(yōu)點之一是輸出信號的頻率精度可以達(dá)到作為發(fā)生器參考信號使用的晶體控制振蕩器的水平。如果想實現(xiàn)更高的精度，也可以采用函數(shù)發(fā)生器本身的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器產(chǎn)生。這些信號可以提供高于0.1PPM的頻率精度。在許多情況下，函數(shù)發(fā)生器還可以把頻率鎖定到外部實驗室頻率參考源上，從而生成超高精度的信號。

在許多實驗室工作臺上，另一部儀器如頻率計數(shù)器可以提供最精確的恒溫器控制的時鐘振蕩器，其輸出參考信號可以作為DDS 函數(shù)發(fā)生器的參考信號使用。在其它高精度測量實驗室中，將通過在每個工作臺上探測10 MHz 標(biāo)準(zhǔn)頻率參考信號，以實現(xiàn)這一目的。根據(jù)數(shù)字電路的特點，DDS電路可以鎖定在這一頻率，從而提供與參考標(biāo)準(zhǔn)一樣精確的信號。

DDS的第二個優(yōu)點與第一個優(yōu)點相關(guān)：DDS發(fā)生器可以生成非常高的頻率精度。DDS 信號發(fā)生器的數(shù)字電路可以實現(xiàn)與數(shù)字電路相同的頻率精度。如果DDS電路有一個48位計數(shù)器，它可以提供高達(dá)48位的頻率分辨率，而且日前，某些DDS合成器使用了位數(shù)更多及分辨率更高的計數(shù)器。

這種高分辨率意味著函數(shù)發(fā)生器能夠準(zhǔn)確地生成希望的輸出頻率，同時這還意味著發(fā)生器可以非常精確地改變頻率。特別適合在通信、海量存儲和類似應(yīng)用中評估定時電路。目前能夠生成幾十MHz、分辨率為1mHz的DDS 發(fā)生器并不少見。

由于所有的波形都是以數(shù)字方式生成的，因此函數(shù)發(fā)生器中的調(diào)制功能、掃描功能和突發(fā)生成功能都受到數(shù)字控制，并可以以非常高的精度進(jìn)行設(shè)置。不僅可以精確地設(shè)置/改變頻率和定時，還可以精確地設(shè)置/改變相位和幅度。

DDS的第三個優(yōu)點是如果擁有RAM波形存儲器，那么DDS函數(shù)發(fā)生器可以重現(xiàn)幾乎任何波形。DDS 發(fā)生器通過播放存儲器中存儲的波形來運行。如果存儲器是只讀存儲器，那么只能生成ROM中存儲的波形。一般來說，每個函數(shù)發(fā)生器中都會內(nèi)置正弦波、方波、三角波和類似的波形。但是對于占空比為10%的方波，或?qū)ΨQ性為58%的三角波(而不是50%)，僅帶有只讀存儲器的DDS發(fā)生器則無法實現(xiàn)。不過如果DDS電路有存儲波形的RAM，那么控制器電路可以把任何波形寫入RAM，并通過合成器重放波形。

因此，函數(shù)發(fā)生器現(xiàn)在的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器。對稱性可變的波形現(xiàn)在已是標(biāo)配功能，另外還可以內(nèi)置各種不常見的波形，如指數(shù)上升和下降型波形或正弦脈沖型波形等。

把這種RAM概念再推進(jìn)一步，假設(shè)工程師需要測試獨有的某個特定波形，最新的函數(shù)發(fā)生器可以把客戶指定的波形加載到DDS引擎的RAM中，由合成器進(jìn)行播放。這為函數(shù)發(fā)生器提供了生成任意波形的額外功能。這種功能特別有用，并能得到包括Matlab、MathCad、Excel和類似的軟件文件格式及示波器波形捕獲文件等多種波形讀取軟件的支持。

最新的函數(shù)發(fā)生器利用了DDS的優(yōu)勢，能夠把多臺不同儀器中的功能融合到一部儀器中?；贒DS的函數(shù)發(fā)生器現(xiàn)在不僅可以執(zhí)行函數(shù)發(fā)生器的功能，還可以執(zhí)行任意波形發(fā)生器(ARB)的功能。除此之外，某些儀器還是功能強(qiáng)大的脈沖發(fā)生器。這些功能將會給傳統(tǒng)測試方案帶來一次革命。