淺談DDS技術(shù)基本原理

陳裕敏 劉麗娜

[關(guān)鍵詞]DDS;參數(shù)時(shí)鐘;地址計(jì)數(shù)器;數(shù)據(jù)運(yùn)算

直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)是數(shù)據(jù)運(yùn)算單元,能產(chǎn)生固定的數(shù)字原頻率;還可以實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制技術(shù)。參考的時(shí)鐘頻率是借助于標(biāo)頻(Sea/ing factor)和編程的二進(jìn)制碼分別存在DDS系統(tǒng)中。該調(diào)制碼具有高分辨率,為24~48比特,還可以使DDS輸出高精確調(diào)制信號(hào)。

現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng),高性能集成化以及微型化。DDS產(chǎn)品快速應(yīng)用在實(shí)用電路上,也是設(shè)計(jì)者首選的器件,它簡(jiǎn)化了模擬信號(hào)的處理和傳輸。

在一個(gè)信號(hào)芯片上集成高速、高性能且采用DDS結(jié)構(gòu)的D/A轉(zhuǎn)換,可以擴(kuò)展這一技術(shù)的應(yīng)用范圍,并在許多情況下提供一個(gè)具有吸引力的設(shè)計(jì)思路。將模擬信號(hào)采用PLL技術(shù)則更具有特點(diǎn)和優(yōu)越性。

DDS優(yōu)點(diǎn):

※在完全數(shù)字控制下,輸出量化信號(hào)加上精確矢量相位調(diào)制加權(quán)補(bǔ)償具有較高的分辨率。

※數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換速度塊,連續(xù)相位補(bǔ)償不會(huì)產(chǎn)生下沖和不規(guī)則現(xiàn)象,恢復(fù)時(shí)間也快。

※當(dāng)做正交綜合器時(shí),DDS提供唯一的適配器,并能控制系統(tǒng)輸出。工作原理:

最簡(jiǎn)單形式的直接數(shù)字合成器,可由一個(gè)精確參數(shù)時(shí)鐘、地址計(jì)數(shù)器、只讀可編程寄存器(PROM)及D/A轉(zhuǎn)換器完成。如圖1:

在這種情況下對(duì)應(yīng)一個(gè)完整周期的正弦波的數(shù)字振幅(放大)存儲(chǔ)在PROM中,此時(shí)PROM充當(dāng)正弦檢查表。地址計(jì)數(shù)器自始至終的步進(jìn),并選取每一個(gè)PROM存儲(chǔ)的位置,累計(jì)內(nèi)容(相當(dāng)正弦振幅編碼)隨PROM中數(shù)字轉(zhuǎn)入碼被高速送入D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)模擬的正弦波。該DDS的輸出頻率取決于:1.參必的時(shí)鐘頻率。2.編程進(jìn)入PROM的步進(jìn)速度。保證了模擬信號(hào)輸出的保真度。簡(jiǎn)化了這一復(fù)雜的結(jié)構(gòu),同時(shí)AC參量指標(biāo)非常好。但調(diào)制機(jī)動(dòng)性不準(zhǔn),輸出的頻率只能通過(guò)改變參比或重新編程PROM來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩者的選擇都能輸出高穩(wěn)定度的頻率。

當(dāng)將相位累加器的功能引入數(shù)字鏈中,這一結(jié)構(gòu)就稱為數(shù)字化控制振蕩器。這體現(xiàn)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(bǔ)充進(jìn)n-bit,可改用讀、查計(jì)算器和相位寄存器替代地址計(jì)數(shù)器。進(jìn)位功能靠DDS結(jié)構(gòu)中的一個(gè)“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(pán)上每一個(gè)描述點(diǎn)都對(duì)應(yīng)正弦波形周期等效點(diǎn),當(dāng)矢量圍繞輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),可見(jiàn)對(duì)應(yīng)的輸出正好產(chǎn)生正弦波,而圍繞這一相位輪盤(pán)的一個(gè)周期在恒定速度下是一完整的輸出正弦波循環(huán)。由于相位累加被用作提供(圍繞相位輪盤(pán))矢量線性轉(zhuǎn)動(dòng)。相位累加器的容量相當(dāng)輸出正弦波周期上的點(diǎn)數(shù),也就是輪盤(pán)上含有相位角的數(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正弦波,其中含有相位信息。

M2W機(jī)的第15塊板是利用DDS這一數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù),以數(shù)字音頻信號(hào)作為參比信號(hào),控制模擬信號(hào)的相位,此相位變量含有音頻幅度的特征。M2W機(jī)是用數(shù)控振蕩器HSP45106輸出等值同相的Fc、Fc+和Fc-信號(hào),最終在模塊板(RF級(jí))實(shí)現(xiàn)“其列克斯”(shireix)調(diào)制。

(注意:DDS技術(shù)絕不是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。) (編輯/劉佳)