数字频率合成DDS

数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，简称DDS）是从相位概念

出发直接合成所需波形的一种新技术，它采用一个恒定的输入参考时钟，通过数据处理的方式产生频率、相位可调的输出信号。DDS系统由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。它具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续等优点。

一、DDS的基本原理

DDS是继直接频率合成技术和锁相环式频率合成技术之后的第三代频率合成技术。它的工作原理是基于相位与幅度的对应关系，通过改变频率控制字(K)来改变相位累加器(位数为N)的相位累加速度，然后在固定时钟的控制下取样，取样得到的相位值(去取相位累加器的高M位)通过相位幅度转换得到与相位值对应的幅度序列，幅度序列通过数模转换及低通滤波得到正弦波输出。下图为DDS的原理图。 其中，K为频率控制字，

参考信号fc fc为基准时钟频率，N

N位 N位 S(n) ROM D位 S(t) D/A LPF 累加器 频率控制字K 为相位累加器的字长，D为

ROM数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在基准时钟fc的控制下以步长K做累加，把相加后的结果送至相位累加器的输入断，相位累加器一方面将在上一时钟周期作用后产生的新的相位数据反馈到自身的输入端，在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据K相加，另一方面将这个值作为取样地址输出，送人正弦查找表ROM，作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址。波形ROM输出D位的幅度码S(n)经D/A转换器变成阶梯波S(t)，再经过低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形。合成的信号波形取决于波形ROM中存放的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。 、]‘、、 12323

二、DDS的主要内容

相位累加器在基准时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，这样就完成了一个周期，这个周期就是DDS的频率周期。

我们知道增量，tf/2/(2*t)，其中为一个采样周期t之间的相位

fc及相位累加器位数

1/fc，k*2/2N。所以，K和时钟频率

foN

共同决定着DDS输出信号的频率，它们之间的关系满足：

K2Nfofc

其中，

fc为基准时钟频率，2N为波形存储器的字数，N为相位累加器的位

数，K为频率控制字。

假定基准时钟为131KHz，累加器为8位，K=2，则

fo=1024Hz。

可见，通过设定相位累加器位数、频率控制字和基准时钟的值，就可以产生任意频率的输出。如下图所示，从系统的角度可以认为是给定基准时钟控制字K，输出对应的正弦信号。

K foKfc和频率

fc N 2

foDDS DDS的频谱分辨率定义为： Rffc2N

由于基准时钟一般固定，因此波形存储器的字数即相位累加器的位数就决定了频谱分辨率。如上面的例子，相位累加器为8位，那么频谱分辨率就可以认为是8位。位数越多，分辨率越高。