数字频率合成器

基于分段多项式近似的DDFS研究及FPGA实现

作者:韩 潇1,曾 立1,占 丰2,陈 昱1;来源:2018年电子技术应用第3期

摘 要: 提出一种直接数字频率合成器(DDFS)的设计方法,采用分段多项式近似的算法模型代替传统的查找表方式,实现相位至余弦幅度的映射。选择拟合余弦函数均方误差最小的两段四阶偶次幂多项式,使在合成信号的无杂散动态范围(SFDR)达到最大(94.98 dBc)。然后基于FPGA实现了相幅映射为14位输入位宽结构的DDFS,对实现该方法定点量化的数字系统进行了分析和优化,结果表明,量化后的DDFS输出信号幅度的绝对误差小于2.6×10-4,SFDR约93 dBc,接近理论上的SFDR上界。该研究工作为下一代天基感应式磁力仪的高精度在轨定标信号源提供一种可能的新方法。

0 引言

作者:Ken Gentile

简介
现代直接数字频率合成器(DDS)通常利用累加器和数字频率调谐字(FTW)在累加器输出端产生周期性的N位数字斜坡(见图1)。此数字斜坡可依据公式1定义DDS的输出频率(fO),其中fS为DDS采样速率(或系统时钟频率)。

DDS给定时,组成FTW的位数(N)定义了fO的最小可能变化,这发生在FTW值仅更改最低有效位(LSB)时。也就是说,FTW中的1 LSB变化定义了DDS的调谐分辨率。例如,N = 32的DDS的调谐分辨率高于N = 24的DDS。为了证实DDS的极佳调谐能力,以AD9912为例,N = 48产生的调谐分辨率为1/248(即1/281,474,976,710,656)。事实上,fS= 1 GHz时,AD9912产生的频率调谐分辨率约为3.6 µHz(0.0000036 Hz)。

基于FPGA的改进结构的DDS设计与实现

作者:王 硕,马永奎,高玉龙,张士伟,赵东来 哈尔滨工业大学 通信技术研究所

摘 要: 主要介绍了数字频率合成器的原理和杂散来源,给出了节约存储空间的ROM表的压缩算法,采用相位抖动和平衡DAC方法对DDS结构进行了改进,抑制了相位截断误差和减小了DAC非理想特性的影响。仿真分析了用于相位抖动的随机序列周期性对杂散的影响,最后基于FPGA平台实现了改进结构的DDS,并对结果进行了测试。测试结果表明DDS用作跳频器时,杂散抑制优于40 dBc。采用此种方法设计的DDS杂散抑制度高,稳定性好,性能优越。

0 引言

跳频系统由于抗干扰能力强被广泛应用,其中最重要的器件为频率合成器,它决定了系统的性能。越来越多的设备都依赖于频率合成技术,所以频率源可以称作为许多电子系统的“心脏”。数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)由于具有频率分辨率高、转换时间快、相位噪声低等传统技术无法实现的优点,在频率合成技术领域中占有重要地位。

直接数字频率合成器的FPGA实现

1 DDS结构原理

  DDS是一种从相位概念出发直接合成所需波形的数字频率合成技术,主要通过查找波形表实现。由奈奎斯特抽样定理可知,当抽样频率大于被抽样频率的2倍时,通过抽样得到的数字信号可通过一个低通滤波器还原成原来的信号。

  DDS的工作原理为:在参考时钟的驱动下,相位累加器对频率控制字进行线性累加,得到的相位码对波形存储器寻址,使之输出相应的幅度码,经过模/数转换器得到相应的阶梯波,最后再使用低通滤波器对其进行平滑,得到所需频率的平滑连续的波形,其结构如图1所示。

基于FPGA的三相正弦DDS的设计与实现

1. 引言
直接数字频率合成器(DDS)技术,是根据相位的概念出发直接合成所需的波形的一种 新的频率合成原理,是一种把一系列数字形式的信号通过DAC转换成模拟形式信号合成技术。 具有频率切换速度快,很容易提高频率分辨率、对硬件要求低、可编程全数字化便于单片集 成、有利于降低成本、提高可靠性并便于生产等优点。目前各大芯片厂商都相继推出高性能 和多功能的DDS芯片,内部数字信号抖动很小,输出信号的质量较高。但是在某些场合,由 于专用的DDS芯片的控制方式是固定的,故在工作方式、频率控制等方面与系统的要求差距 很大,数字控制器接口不便,难以满足复杂要求,对处理速度要求较高,从而也限制了频率 进一步的提高,同时微处理器的处理任务也更加繁重。FPGA以其可靠性高、功耗低、 保密性强等特点,在电子产品设计中得到广泛的应用。

实验16 直接数字频率合成器DDS设计

实验16 直接数字频率合成器DDS设计

基于FPGA的数字频率合成器设计与实现

数字频率合成器(DDS,Direct Digital Synthesizer)是一种数字控制的锁相倍频器。其输出频率是基准频率的整数倍,通过频率选择开关改变分频比来控制压控振荡器的输出信号频率。与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,是实现设备全数字化的一个关键技术,广泛使用在通信与电子仪器领域。

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