基于FPGA的DDS設(shè)計(jì),并通過(guò)DDS實(shí)現(xiàn)ASK,FSK,PSK三種調(diào)制（一）

#共建FPGA開(kāi)發(fā)者技術(shù)社區(qū)，為FPGA生態(tài)點(diǎn)贊#

1.算法涉及理論知識(shí)概要

現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?a target="_blank">信號(hào)的頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，不僅需要單一的固定頻率，還需要多點(diǎn)頻率，如短波通信接收機(jī)要求在2~30MHz的范圍內(nèi)提供以100Hz為間隔的280000個(gè)通信頻道。一般的振蕩器已不能滿足要求，于是出現(xiàn)了高穩(wěn)定和高準(zhǔn)確的晶體振蕩器。但晶體振蕩器產(chǎn)生的只是單一頻率的信號(hào)或只能在很小范圍內(nèi)微調(diào)。然而，在通信、雷達(dá)、儀表、宇航等領(lǐng)域往往需要在一定頻率范圍內(nèi)提供一系列穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率，為了解決既要頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確，又要頻率能在很大范圍內(nèi)變化的問(wèn)題，于是產(chǎn)生了頻率合成技術(shù)。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù) (Direct Digital Synthesis)完全不同于我們己經(jīng)熟悉的直接頻率合成技術(shù)和鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(簡(jiǎn)稱DDS)的理論早在七十年代就被提出。它的基本原理就是利用采樣定理，通過(guò)查表法產(chǎn)生波形，由于硬件技術(shù)的限制，DDS技術(shù)當(dāng)時(shí)沒(méi)能得到廣泛應(yīng)用。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，DDS技術(shù)的優(yōu)越性己逐步顯現(xiàn)出來(lái)。不少學(xué)者認(rèn)為，DDS是產(chǎn)生信號(hào)和頻率的一種理想方法，發(fā)展前景十分廣闊。與其他頻率合成方法相比較，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是易于程控，相位連續(xù)，輸出頻率穩(wěn)定度高，分辨率高。其頻率分辨率可以達(dá)到10-3。而且頻率轉(zhuǎn)換速度快，可小于100ns，特別適宜用在跳頻無(wú)線通信系統(tǒng)。其相位噪聲主要決定于參考時(shí)鐘振蕩器。

DDS(Direct Digital frequency Synthesis)即直接數(shù)字頻率合成器，是一種新型的頻率合成技術(shù)，具有較高的頻率分辨率，快速的頻率切換，穩(wěn)定性好，可靈活產(chǎn)生多種信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。因此，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)及設(shè)備的頻率源設(shè)計(jì)中，尤其在通信領(lǐng)域，直接數(shù)字頻率合成器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在數(shù)字化的調(diào)制解調(diào)模塊中。DDS取代了VCO(模擬的壓控振蕩器)，被大量應(yīng)用。這種合成技術(shù)是一種利用數(shù)字技術(shù)來(lái)控制信號(hào)的相位增量的技術(shù)，它采用插值取樣的方式，將要合成的正弦波波形用若干個(gè)采樣點(diǎn)的取值來(lái)代替，然后依次等時(shí)間間隔輸出這些取值，每個(gè)采樣點(diǎn)的值由預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)字值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到。

DDS工作原理框圖如圖1所示。其基本結(jié)構(gòu)包括：相位累加器PA、波形查詢表ROM、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC及低通濾波器。

DDS的工作過(guò)程為：在參考時(shí)鐘fc的作用下，相位累加器對(duì)頻率控制字FCW(Frequency Control Word)進(jìn)行線性累加，將其高W位作為地址碼通過(guò)波形查值表ROM變換，產(chǎn)生D位對(duì)應(yīng)信號(hào)波形的數(shù)字序列，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC將其轉(zhuǎn)化為階梯模擬電壓波形后由具有內(nèi)插作用的低通濾波器LPF將其平滑為連續(xù)的正弦波形作為輸出。
一個(gè)N位的相位累加器對(duì)應(yīng)相位圓2N上個(gè)相位點(diǎn)，其最低相位分辨率為θmin=Δθ=2π/2N。在圖2中N為4，則有16個(gè)相位值和16個(gè)幅度碼相對(duì)應(yīng)。該幅度存儲(chǔ)于波形存儲(chǔ)器中，在頻率控制字FCW的作用下，相位累加器給出不同的相位碼，對(duì)波形存儲(chǔ)器尋址，完成相位--幅度變換，經(jīng)DAC變成階梯正弦波信號(hào)，再通過(guò)低通濾波器平滑，便得到模擬正弦波輸出。

自第一部正弦波發(fā)生器問(wèn)世以來(lái)，函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了多次演進(jìn)，在當(dāng)前數(shù)字領(lǐng)域中，大多數(shù)新型函數(shù)發(fā)生器都在采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。DDS在大部分操作中使用數(shù)字電路，從而提供了數(shù)字操作擁有的許多優(yōu)勢(shì)。

第一，輸出信號(hào)的頻率精度可以達(dá)到作為發(fā)生器參考信號(hào)使用的晶體控制振蕩器的水平。如果想實(shí)現(xiàn)更高的精度，也可以采用函數(shù)發(fā)生器本身的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器產(chǎn)生。

第二，DDS信號(hào)發(fā)生器的數(shù)字電路可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字電路相同的頻率精度。

第三，如果擁有RAM波形存儲(chǔ)器，那么DDS函數(shù)發(fā)生器可以重現(xiàn)幾乎任何波形。因此，函數(shù)發(fā)生器現(xiàn)在的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器。對(duì)稱性可變的波形現(xiàn)在已經(jīng)是標(biāo)配功能，另外還可以內(nèi)置各種不常見(jiàn)的波形，如指數(shù)上升和下降型波形或正弦脈沖型波形等。但由于DDS的全數(shù)字結(jié)構(gòu)，使得直接數(shù)字頻率合成器不可避免的擁有以下兩個(gè)缺點(diǎn)。

第一，其雜散分量豐富。這些雜散分量主要由相位舍位、幅度量化和DAC的非理想特性所引起。

第二，輸出頻帶受限。由于DDS內(nèi)部DAC和ROM的工作速度限制，使得DDS輸出的最高頻率受到極大的限制。

function a_ASK()
i=10;
j=5000;
t=linspace(0,5,j);
fc=10;
fm=i/5;
B=2*fc;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%產(chǎn)生基帶信號(hào)
a=round(rand(1,i));%隨機(jī)序列
 
st=t;
for n=1:10
    if a(n)

	

	


	審核編輯 黃宇