基于fpga的dds设计

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1、基于FPGA的DDS设计摘要：直接数字频率合成(DDS)技术采用全数字的合成方法，所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续，输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。本文在对现有DDS技术的大量文献调研的基础上，提出了符合FPGA结构的DDS设计方案并利用MAXPLUSⅡ软件在ACEX1K系列器件上进行了实现，详细的介绍了本次设计的具体实现过程和方法，将现场可编程逻辑器件FPGA和DDS技术相结合，具体的体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。FPGA器件作为系统控制的核心，其灵活的现场可更改性，可再配置能

2、力，对系统的各种改进非常方便，在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能。文章给出仿真结果，经过验证本设计能够达到其预期性能指标。关键词：直接数字频率合成器；硬件描述语言；现场可编程门阵列1、引言直接数字频率合成技术(DirectDigitalFrequencySynthesis，即DDFS，一般简称DDS)是从相位直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。近年来,直接数字频率合成器(DDS)由于其具有频率分辨率高、频率变换速度快、相位可连续变化等特点,在数字通信系统中已被广泛采用。随着微电子技术的发展,现场可编程门阵列(FPGA)器件得到了飞速发展。由于该器件具有速

3、度快、集成度高和现场可编程的优点,因而在数字处理中得到广泛应用,越来越得到硬件电路设计工程师的青睐。近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，现已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。直接数字频率合成器的基本优点是在微处理器的控制下。能够准确而快捷地调节输出信号的频率、相位和幅度。此外，DDS具有频率和相位分辨率高、频率切换速度快、易于智能控制等突出特点。随着集成电路工艺的不断改善，这些产品的功能也愈来愈强大。现在不仅在一个芯片上

4、能够集成DDS所需要的全部功能，而且也具备了一些有用的调制能力。除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有很重要的用途。通过DDS可以比较容易的产生一些通信中常用的调制信号如:频移键控(FSK)、二进制相移键控(BPSK)和正交相移键控(QPSK)。DDS可以产生两路相位严格正交的信号在正交调制和解调中的到广泛应用，是一中很好的本振源。在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线性调频信号，DDS移相精度高、频率捷变快和发射波形可捷变等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥。2、DDS的优点与缺点直接数字频率合成是一种比较新颖的频率合成方法。DDS是一种全数字

5、化的频率合成方法。DDS频率合成器主要由频率寄存器、相位累加器、波形ROM,D/A转换器和低通滤波器组成。在系统时钟一定的情况下，输出频率决定于频率寄存器的中的频率字。而相位累加器的字长决定了分辨率。基于这样的结构DDS频率合成器具有以下优点:(1)频率分辨率高，输出频点多，可达个频点〔假设DDS相位累加器的字长是N);(2)频率切换速度快，可达us量级;(3)频率切换时相位连续;(4)可以输出宽带正交信号;(5)输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用;(6)可以产生任意波形;(7)全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。虽然DDS有很多优点但也有其固有的缺点。（

6、1）杂散抑制差这是DDS的一个主要的缺点。由于DDS一般采用了相位截断技术，它的直接后果是给DDS的输出信号引入了杂散。（2）工作频带受限。根据DDS的结构和工作原理DDS的工作频率要受到器件速度的限制和基准频率有直接的关系，但随着目前微电子水平的不断提高DDS工作频率也有很大的提高。（3）相位噪声性能与其它频率合成器相比，DDS的全数字结构使得相位噪声不能获得很高的指标，DDS的相位噪声主要由参考时钟信号的性质参考时钟的频率与输出频率之间的关系，以及器件本身的噪声基底决定。3、电子设计自动化（EDA）20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的

7、电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。  EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅