基于DDS的函数信号发生器

基于DDS的函数信号发生器

(2011-05-07 14:06:12)

标签： 杂谈

分类： FPGA学习笔记

研究了几天基于DDS技术的函数信号发生器，断断续续获得了一些收获。

    DDS-- Direct Digital Frequency Synthesis（直接数字频率合成技术）

至于利用DDS制作函数信号发生器的优点我就不说了，百度一下，一切皆了然。这里介绍一下利用Verilog语言编写DDS的思想。当然网上也有很多参考资料，都介绍得不错，也有用单片机做的，不过我觉得利用单片机来做对于低频来说完全没问题，但是对于高频来说就完全没有效果了。

首先介绍一下DDS的整体思想：

整个DDS的模拟框图如下：

其核心就是频率控制，相位控制和相位累加。主要参数有：频率步进精度、相位步进精度、DAC的位数以及滤波器的设计。那么怎么去确定这些参数呢，我个人理解如下：

    1.频率步进精度就决定了程序中相位累加器的位数（一般介绍都是取24-32位，但是具体怎么取没有明确给出），同时也要取决于FPGA的时钟（这里以50MHz为例）

也就是说采用30位的相位累加器可以达到0.046Hz。根据不同的位数和系统的时钟就可以确定频率的精度了。

    2.相位步进：相位步进主要是调解输出波形的相位。这里就还涉及到采样深度（也就是对正弦波的采样点数，这里以4096为例）

根据不同的相位精度，求出X即得到相位控制字。如：相位步进5度，那么计算出来X=56.88888。

    3.DAC的选取：根据要求的输出幅度的精度和输出频率。如：选择8位的DAC,其电压精度为，而选择电流型DA和选择电压型DA则得根据输出频率要求而定。电流型DAC转换速度不如电流型DAC。

    4.滤波器的设计：滤波器在整个设计过程中起到非常重要的作用。前面DAC转换后会携带很多噪声和杂波，通过频率响应较好的滤波器则可以充分的将杂波和噪声滤除掉，从而得到较好的波形。

    5.涉及的主要计算公式：

    1).     即M为频率控制字，改变M的值即可改变输出频率。

     N为相位累加器的位数，Fc为系统的时钟频率。

     例：Fc=50MHz，N=30；Fout=1KHz，则相位累加器每次累加的数(频率控制字)M=21474.83648（取21475）

注意：1.由取样定理，所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出频率不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。

      2.相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。相位截断减小了查询表长度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一般比查询表长度小2~4位。

    2).相位控制字：

     X为rom表的采样点数，p为相位，a为相位控制字。

     即按照要求输出的相位，计算出a的值，将a累加给相位累加器，即可输出该相位上的的波形。