DDS 主要有参考时钟,相位累加器,存储器 ROM,数模转换器以及低通滤波器等 5 个模块构成.
优点
高频率分辨率和快速频率切换(ns 级)。
相位连续,可生成复杂调制信号(如 FSK、PSK)。
集成度高,易于数字化控制。
缺点
输出频率上限较低(受时钟频率限制)。
杂散信号较多(由相位截断和幅度量化误差引起)。
需配合 LPF 滤除高频噪声。
从原理框图不难看出,DDS主要是基于参考时钟,以参考时钟为基准,对参考时钟进行相位等分,查表,DAC转换得到输出的正弦波。
假设系统时钟为 Fc,输出频率为 Fout。每次转动一个角度 360°/2N, 则可以产生一个频率为 Fc/2N的正弦波的相位递增量。那么只要选择恰当的频率控制字 M,使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率 Fout,
Fout = Fc*M / 2N
相位幅度转换
通过相位累加器,我们已经得到了合成 Fout 频率所对应的相位信息,然后相位幅度转换器把 0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。比如当 DDS 选择为 2V p-p 的输出时,45°对应的幅度值为 0.707V,
这个数值以二进制的形式被送入 DAC。
杂散分析
从本质上讲DDS是一种采样数据系统,因此采样过程出现的问题DDS都会有,包括量化噪声、混叠、滤波等。
幅度杂散
幅度杂散是有限字长量化引起的,量化噪声中的周期分量就是幅度杂散。
非线性
DAC是电流源,存在非线性,非线性产生高次谐波,频率为n*f0,当n*f0超过奈奎斯特采样率fs的1/2,就会折叠回0~fs/2,形成杂散。
相位杂散
假设DDS的相位累加字(调谐字)字宽32bit,但实际ROM地址线只有19bit,即相位量化字宽只有19bit,那么后13位截尾舍去。就会出现截断杂散。
相位截断误差会在输出频谱中引入以 k⋅fclk/2N为中心的杂散信号
DDS 通过数字相位累加和查表技术实现高精度频率合成,适合需要快速频率切换和高分辨率的场景。尽管存在杂散问题,但其灵活性和数字化优势使其成为现代信号处理的核心技术之一.