DDS芯片基礎介紹

1 直接數字頻率合成器(DDS)是如何工作的?

　　DDS至少包括帶相位調制器的數字控制振蕩器(NCO)、將相位信息轉換為幅度的模塊，以及數模轉換器(DAC)三個部分。在DAC之前可能還會有一個同相/正交(I/Q)調制器。

　　下面介紹DDS的工作原理。在模擬域的正弦波中，單個頻率fa, 的相位角以下面的速度旋轉一個固定角度：

　　ω=Δphase/Δt=2πfa,

　　相位角相對于時間的變化與正弦波頻率呈線性關系，在每個正弦波周期結束時相位角為0。在數字域，上述方程式中的Δt為采樣時鐘頻率fs的倒數，這表明對任何給定的采樣：

　　fa=Δphase*fs /2π

　　DDS中的相位累加器生成輸出信號的相位信息，它通常基于一個32位的頻率調節字(FTW)，代表了Δphase。顯然，32位的FTW能夠保證DDS輸出頻率的高分辨率。通過另外的相位寄存器累加相位偏移量來完成相位調制。

　　這個相位信息直接映射為輸入字決定的頻率的幅度信息，然后DDS中的一個模塊將相位信息轉換為幅度值。

　　傳統上由保存在內存中的正弦/余弦查找表來完成這項任務。為控制查找表的大小，并不是FTW中所有的位都被用于查找表，盡管它們可在選擇fa上提供高分辨率。該模塊的輸出為DAC的輸入，DAC則產生一個幅度序列，然后由低通濾波器對DAC的輸出進行平滑處理。

　　2 DDS有什么優勢?

　　DDS的數字本質能提供高度的靈活性、重復性和精確度。由于輸出由數字計算得到，所以只要參考時鐘穩定，輸出結果不會隨時間變化發生偏移。如果仔細做好頻率規劃，DDS還能提供最大的無雜散動態范圍(SFDR)。

　　3 哪些應用采用DDS技術?

　　DDS最初被用于可調諧的本振和信號發生器，以實現各種調制。最新的DDS芯片除了上述用途外，還被用于醫學成像、單邊帶載波抑制調制、相控雷達和聲納應用、時鐘源，以及聲光可調諧濾波器(AOTF)。

　　AOTF是一種固態電子可調諧光帶通濾波器，它使得從多譜線或寬帶光源中提取單一波長成為可能。施加在AOFT轉換器上的RF信號的頻率控制輸出光的波長，RF信號的振幅則控制光的強度。

　　直接數字頻率合成器的基本組成部分，每部分都給出了代表性的波形

　　4 單片集成電路DDS芯片的發展歷程是什么?

　　雖然DDS技術至少從上世紀70年代開始就已在使用，但在上世紀90年代中期以前，它一直采用多芯片來實現。最慢且最昂貴的元件(DAC)限制了它的性能。第一款單芯片DDS出現于1994年，它們將DAC與其它電路集成在一起，簡化了實現過程并降低了成本。

　　5 最新DDS芯片有什么不同特性?

　　如今，具有72dB通道隔離度的雙通道芯片和具有65dB通道隔離度的四通道芯片已經上市。它們的時鐘最快可達500Msps，能提供以116MHz為步長、從DC到200MHz的頻率輸出。(由于諧波與時鐘的帶內混疊較難濾除，所以fmax略低于NyquiST準則。)直接數字頻率合成器的基本組成部分，每部分都給出了代表性的波形。

　　在架構上正在用算法替代查找表，從而更加有效地將相位信息轉換為幅度信息。新的特性能夠對所有通道的最新振幅、頻率和相位信息同步加載。

　　這些芯片的性能更好、SFDR更高，并且FTW的更新速度也更快。在速度最快的新IC中， FTW能夠在50ns內更新，比以前的芯片快32倍。雖然如此，芯片的功耗卻更低，在多通道DDS芯片中，每通道功耗降低至165mW左右。

　　這些芯片能夠針對兩級直接調制、線性掃描或單音信號生成的任意組合進行編程，且不受引腳限制。在一定的限制條件下，也可以同時進行4級、8級和16級調制。

　　另外，還可選擇對幅度、頻率或相位進行調制。漸變特性使得在調制數據序列的前后實現幅度的漸變。此外，可以對幅度、頻率或相位的兩點之間的掃描進行精確步長控制。

　　6 最新DDS芯片還有什么其它新的功能?

　　一些新型雙通道和四通道芯片使設計工程師可以選擇相對于每個通道的相位偏移。經過改進的同步技術能夠管理具有更多通道的應用。