DDS信號源的FPGA實現(xiàn)
1 引言
目前直接數字頻率合成DDS專用器件大多采用先進特定工藝技術,并具有高性能,多功能,且其內部數字信號抖動小.輸出信號的質量高等特點,諸如Qualcomm公司的Q2230、Q2334,Analog Device公司的AD9955、AD9850等。這些DDS器件可滿足電路設計的多種需求。但其控制方式固定.在某些系統(tǒng)應用中其功能與系統(tǒng)要求還有一定差距,因此需要與高性能的FPGA器件相結合設計符合某個特定要求的系統(tǒng)。DDS專用器件可重配置性結構方便的實現(xiàn)了各種復雜的調制功能,具有良好的實用性和靈活性。因此,這里給出DDS信號源的FPGA設計方案。
2 DDS的工作原理和基本結構
直接數字頻率合成技術DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)是一種從相位出發(fā)直接合成所需波形的頻率合成技術。它是以一個固定頻率精度的時鐘作為參考時鐘源,通過數字信號處理技術產生一個頻率與相位可調的輸出信號。實質上.它是由設置的二進制控制字對參考時鐘做除法運算??刂谱忠话闶?4~48位字長,因此可認為DDS是數字信號處理理論的延伸,是數字信號中信號合成的硬件實現(xiàn)。
2.1 DDS的工作原理
設一路頻率為f的余弦信號:
現(xiàn)以采樣頻率fc對該路信號采樣,得到離散序列為:
式中:Tc=1/fc為采樣周期。
式(2)所對應的相位序列為:
該相位序列的顯著特性就是線性,即相鄰樣值之間的相位增量是一常數,且僅與信號頻率f有關,即相位增量為:
由于頻率.廠與參考源頻率fc之間滿足:
式中:K和M為正整數。
相位增量為:
由式(6)可知,若將2π的相位均勻量化為M等份,則頻率為f=(K/M)fc的余弦信號以頻率fc采樣后,其量化序列的樣本之間的量化相位增量為一變值K。
根據以上原理,用變量K構造一個量化序列:
完成φ(n)到另一序列s(n)的映射,即由φ(n)構造序列:
式(8)是連續(xù)時間信號s(t)經采樣頻率fc為采樣后的離散時間序列。根據采樣定理,當時,s(n)經低通濾波器濾波后,可唯一恢復s(t)??梢姡ㄟ^上述系列變換.變量K將唯一確定一個單頻模擬余弦信號s(t):
該信號頻率為:
式(11)是DDS方程,在實際的DDS中,一般取M=2N,N為正整數,于是DDS方程可寫成:
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