基于FPGA的直接數字頻率合成器的設計實現

　　概述

　　直接數字頻率合成技術(Direct Digital Frequency Synthesis,即DDFS,一般簡稱DDS)，是從相位概念出發直接合成所需要波形的一種新的頻率合成技術。目前各大芯片制造廠商都相繼推出采用先進CMOS工藝生產的高性能、多功能的DDS芯片,為電路設計者提供了多種選擇。然而在某些場合，專用DDS芯片在控制方式、置頻速率等方面與系統的要求差距很大，這時如果用高性能的FPGA器件來設計符合自己需要的DDS電路，就是一個很好的解決方法。

　　ACEX 1K器件是Altera公司著眼于通信、音頻處理及類似場合的應用而推出的芯片系列,總的來看將會逐步取代FLEX 10K 系列，成為首選的中規模器件產品。它具有如下優點：

　　* 高性能。ACEX 1K器件采用查找表(LUT)和EAB(嵌入式陣列塊)相結合的結構，特別適用于實現復雜邏輯功能和存儲器功能，例如通信中應用的DSP、多通道數據處理、數據傳遞和微控制等。

　　* 高密度。典型門數為1萬到10萬門，有多達49,152位的RAM(每個EAB有4,096位RAM)。

　　* 系統性能。器件內核采用2.5V電壓，功耗低，能夠提供高達250MHz的雙向I/O功能，完全支持33MHz和66MHz的PCI局部總線標準。

　　* 靈活的內部互聯。具有快速連續式、延時可預測的快速通道互連；能提供實現快速加法器、計數器、乘法器和比較器等算術功能的專用進位鏈和實現高速多扇入邏輯功能的專用級聯鏈。

　　本次設計采用的是ACEX EP1K50,典型門數50000門，邏輯單元2880個,嵌入系統塊10個，完全符合單片實現DDS電路的要求。設計工具為Altera的下一代設計工具Quartus軟件。

　　DDS的工作原理

　　和電路結構

　　圖1所示是一個基本的DDS電路工作原理框圖。DDS以數控振蕩器的方式，產生頻率、相位可控制的正弦波。電路一般包括基準時鐘、頻率累加器、相位累加器、幅度/相位轉換電路、D/A轉換器和低通濾波器(LPF)。其中：

　　* 頻率累加器對輸入信號進行累加運算，產生頻率控制數據或相位步進量。

　　* 相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器級聯而成，對代表頻率的2進制碼進行累加運算，是典型的反饋電路，產生累加結果Y。

　　* 幅度/相位轉換電路實質是一個波形存儲器，以供查表使用。讀出的數據送入D/A轉換器和低通濾波器。