数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer, DDS)是一种以数字方式生成摹拟波形的技术,用于通讯、雷达、仪器仪表等领域。与以前的摹拟频率合成技术相比,DDS 能够频率切换速度快、频率分辨率高、相位噪声低等优势。
DDS 的核心是一个相位累加器(Phase Accumulator),由一个 N 位加法器和一个 N 位寄存器组成。DDS 的工作流程可以简述以下:
频率控制字输入: 用户设置一个频率控制字 (Frequency Control Word, FCW),决定了输出信号的频率。
相位累加: 在每一个时钟周期内,相位累加器将 FCW 加到寄存器的现在,值上,并将结果存储回寄存器。这个累加进程摹拟了相位的线性增长。
相位-幅度转换: 相位累加器的输出值作为地址,输入到一个查找表 (Look-Up Table, LUT) ,LUT 存储了对应相位值的正弦波或其他波形的幅度值。
数模转换和低通滤波: LUT 的输出是数字信号,经过数模转换器 (Digital-to-Analog Converter, DAC) 转换为摹拟信号,再经太低通滤波器 (Low-Pass Filter, LPF) 滤除高频谐波,终究得到所需的摹拟波形。
DDS 凭仗其优良的性能众多领域得到运用,比如可以:
通讯系统: DDS 可用于生成各种调制信号,比如可以 ASK、FSK、PSK 等,和用于频率合成、频率跳变等运用。
雷达系统: DDS 可用于生成线性调频信号、脉冲紧缩信号等,用于目标探测、测距、成像等运用。
仪器仪表: DDS 可用于生成各种测试信号,比如可以正弦波、方波、三角波等,和用于频率计、频谱分析仪等仪器中。
医疗装备: DDS 可用于生成超声波信号,用于医学成像和医治。
相较于以前的摹拟频率合成技术,DDS 能够以下优势:
高频率分辨率: DDS 的频率分辨率由 FCW 的位数决定,理论上可以到达极高的精度。
快速频率切换: DDS 的频率切换速度非常快,在几个时钟周期内便可完成,适用于快速频率跳变的运用。
低相位噪声: DDS 的输出信号相位噪声低,有益于提高系统的信噪比。
灵活的波形生成: 通过改变 LUT 的内容,DDS 可以生成各种不同的波形,比如可以正弦波、方波、三角波、乃至任意波形。
可编程性: DDS 的工作参数可以通过软件进行编程控制,方便灵活。
DDS 是一种 versatile 的频率合成技术,能够高精度、快速切换、低噪声等优势现代电子系统中得到愈来愈的运用。数字技术的不断发展,DDS 的性能将会进一步提高,运用领域也将不断拓展。