基于FPGA的直接數(shù)字頻率合成器的設計實現(xiàn)

　　相位/幅度轉(zhuǎn)換電路是DDS電路中另一個關鍵，設計中面臨的主要問題就是資源的開銷。電路通常采用ROM結(jié)構，相位累加器的輸出是一種數(shù)字式鋸齒波，通過取它的高若干位作為ROM的地址輸入，而后通過查表(LUT)和運算后，ROM就輸出所需波形的量化數(shù)據(jù)。

　　ROM一般在FPGA(針對Altera公司的器件)中是由EAB實現(xiàn)，并且ROM表的尺寸隨著地址位數(shù)或數(shù)據(jù)位數(shù)的增加成指數(shù)遞增關系，因此在滿足信號性能的前提條件下，如何減少資源的開銷就是一個重要的問題。在實際設計時我們充分利用了信號周期內(nèi)的對稱性和算術關系來減少EAB的開銷。

　　我們利用圖2的結(jié)構設計整個DDS電路：

　　采用Verilog硬件描述語言來實現(xiàn)整個電路，這不僅利于設計文檔的管理，而且方便設計的修改和擴充，以及在不同FPGA器件之間的移植。

　　由圖2可以清楚地看出整個系統(tǒng)只加入了一級流水線來提高速度，需要說明的是在ROM和系統(tǒng)控制電路之間也可以加入流水線，但實際仿真表明效果不明顯，反而消耗了更多的資源，因此綜合考慮后只加入一級流水線。

　　為了進一步提高速度，在DDS電路的相位累加器模塊和加法器模塊的設計時并沒有采用FPGA單元庫中的16～32位加法器，盡管它們可以很容易地實現(xiàn)高達32位的相位累加器，但當工作頻率較高時，這種方法不可取，因為它們較大的延時不能滿足速度要求。

　　因此，具體實現(xiàn)時我們分別用了4個和8個4位的累加器，以流水線的方式實現(xiàn)16位和32位累加器和加法器。比較仿真結(jié)果表明，采用流水線技術可以大大提高系統(tǒng)的工作速度。

　　從前面的分析可知，相位/幅度變換電路也是比較難實現(xiàn)的部分，它不僅要解決速度的問題，還要考慮節(jié)省資源的問題。如何有效利用FPGA有限的資源，是實現(xiàn)相位/幅度變換電路的最關鍵一點。

　　在實際運用中，我們將著眼點主要放在了節(jié)省資源上來,相位/幅度轉(zhuǎn)換電路中的主要問題在于ROM的大小上。由于本次設計的DDS主要用于數(shù)字視頻編碼中，因此只需要輸出余弦(正弦)波，我們考慮了以下的優(yōu)化方式：余弦波信號對于直線成偶對稱，基于此可以將ROM表減至原來的1/2，再利用左半周期內(nèi)，波形對于點成奇對稱，進一步將ROM表減至最初的1/4，因此通過一個正弦碼表的前1/4周期就可以變換得到正弦和余弦的整個周期碼表。這樣就節(jié)省了將近3/4的資源，非?？捎^。

　　系統(tǒng)控制電路主要是根據(jù)是否需要相位調(diào)制(BPSK)及頻率調(diào)制(BFSK)，系統(tǒng)時鐘是否需要分頻得到所需的基準時鐘，頻率碼的輸入方式是串行、并行還是微機接口方式，如何控制輸出等具體要求而設計的。這一部分可以靈活設計，凸現(xiàn)FPGA的優(yōu)點所在。