淺談DDS技術基本原理

陳裕敏 劉麗娜

[關鍵詞]DDS;參數時鐘;地址計數器;數據運算

直接數字合成技術(DDS)是數據運算單元,能產生固定的數字原頻率;還可以實現相位調制技術。參考的時鐘頻率是借助于標頻(Sea/ing factor)和編程的二進制碼分別存在DDS系統中。該調制碼具有高分辨率,為24~48比特,還可以使DDS輸出高精確調制信號。

現實產品競爭性強,高性能集成化以及微型化。DDS產品快速應用在實用電路上,也是設計者首選的器件,它簡化了模擬信號的處理和傳輸。

在一個信號芯片上集成高速、高性能且采用DDS結構的D/A轉換,可以擴展這一技術的應用范圍,并在許多情況下提供一個具有吸引力的設計思路。將模擬信號采用PLL技術則更具有特點和優越性。

DDS優點:

※在完全數字控制下,輸出量化信號加上精確矢量相位調制加權補償具有較高的分辨率。

※數字信號轉換速度塊,連續相位補償不會產生下沖和不規則現象,恢復時間也快。

※當做正交綜合器時,DDS提供唯一的適配器,并能控制系統輸出。工作原理:

最簡單形式的直接數字合成器,可由一個精確參數時鐘、地址計數器、只讀可編程寄存器(PROM)及D/A轉換器完成。如圖1:

在這種情況下對應一個完整周期的正弦波的數字振幅(放大)存儲在PROM中,此時PROM充當正弦檢查表。地址計數器自始至終的步進,并選取每一個PROM存儲的位置,累計內容(相當正弦振幅編碼)隨PROM中數字轉入碼被高速送入D/A轉換器。D/A轉換器產生一個模擬的正弦波。該DDS的輸出頻率取決于:1.參必的時鐘頻率。2.編程進入PROM的步進速度。保證了模擬信號輸出的保真度。簡化了這一復雜的結構,同時AC參量指標非常好。但調制機動性不準,輸出的頻率只能通過改變參比或重新編程PROM來實現。兩者的選擇都能輸出高穩定度的頻率。

當將相位累加器的功能引入數字鏈中,這一結構就稱為數字化控制振蕩器。這體現了DDS器件高度的靈活性。如圖2:

在正弦查找表前的電路中補充進n-bit,可改用讀、查計算器和相位寄存器替代地址計數器。進位功能靠DDS結構中的一個“相位輪”。

為理解這一基本功能,把正弦波振蕩看作相位變化的相位圖。如圖3:

相位輪盤上每一個描述點都對應正弦波形周期等效點,當矢量圍繞輪盤旋轉時,可見對應的輸出正好產生正弦波,而圍繞這一相位輪盤的一個周期在恒定速度下是一完整的輸出正弦波循環。由于相位累加被用作提供(圍繞相位輪盤)矢量線性轉動。相位累加器的容量相當輸出正弦波周期上的點數,也就是輪盤上含有相位角的數目,由分辨率N確定。相位累加器的輸出是線性的,但不能直接用于產生正弦波或其他波形。除斜線上升處外。因此,相位一振幅查找表被用于將相位累加器的瞬間輸出值的間斷解碼程序送入D/A轉換器轉換成正弦波,其中含有相位信息。

M2W機的第15塊板是利用DDS這一數據運算技術,以數字音頻信號作為參比信號,控制模擬信號的相位,此相位變量含有音頻幅度的特征。M2W機是用數控振蕩器HSP45106輸出等值同相的Fc、Fc+和Fc-信號,最終在模塊板(RF級)實現“其列克斯”(shireix)調制。

(注意:DDS技術絕不是數模轉換器。) (編輯/劉佳)