基于DDS技術的多路同步信號源的設計

2 基于DDS技術的多路同步信號輸出的FPGA核心設計
2.1 一般DDS的工作原理
DDS(Direct Digital Synthesizer)是從相位概念出發(fā)直接合成所需的波形的一種頻率合成技術。一個DDS信號發(fā)生器是由：相位累加器、波形數(shù)ROM表、D/A轉換器以及模擬低通濾波器LPF組成，原理框圖如圖3所示。DDS技術的核心是相位累加器，相位累加器在穩(wěn)定時鐘信號的控制下產(chǎn)生讀取數(shù)據(jù)的地址值，隨后通過查表變換，地址值被轉化為信號波形的數(shù)字幅度序列，再由數(shù)/模變換器(D/A)將代表波形幅度的數(shù)字序列轉化為模擬電壓，最后經(jīng)由低通濾波器將D/A輸出的階梯狀波形平滑為所需的連續(xù)波形。相位累加器在時鐘Fc的控制下以步長F作累加，輸出的值與相位控制字P相加后形成查表的地址值，對波形ROM進行尋址。波形ROM的輸出值即是幅度值，經(jīng)過D/A變換后形成階梯狀的波形，最后通過低通濾波平滑成所需的波形。合成信號的波形取決于ROM表中的幅度序列，通過修改數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生任意波形，如果要產(chǎn)生多種波形，只需把所需的多種波形數(shù)據(jù)存放到波形ROM表中。一般DDS的原理示意圖如圖3所示。

2.2 同步多路輸出DDS的工作原理
同步多路輸出DDS工作原理示意圖如圖4所示。

由方框圖可以看出，從同一個相位累加器輸出的地址值在進行查表之前，根據(jù)需要有不同的相位字進行加法運算，再根據(jù)新的地址進行查表，從而形成波形之間需要的相位值。由于各個輸出信號是在DDS內對同一個累加器輸出的地址進行相位的加法，參數(shù)一致，相位的可調性非常好。頻率取自同一頻率字，各個信號存在固定的同步同頻特性，因此輸出的信號源同步性能優(yōu)越，完全滿足設計要求。
2.3 相位累加器的設計
相位累加器是DDS設計的核心部件。本設計相位累加器由32位加法器與32位寄存器級聯(lián)構成。累加器將加法器在上一個時鐘作用后所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端；使加法器在下一個時鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字(K)進行相加，實現(xiàn)相位累加，當相位累加器累加結果等于或大于232時就會產(chǎn)生一次溢出，回到初始狀態(tài)，完成一個周期性的波形輸出。本設計累加器用VHDL語言[quartus6.0]設計實現(xiàn)如下：
32位累加器模塊實現(xiàn)：

2．4 波形存儲器的設計