DDS是什么？了解DDS原理和应用

合成满足各项指标要求信号的技术称为频率合成技术。

对信号频率进行合成的方式主要有三种：

1 .直接频率合成 - 利用振荡器直接输出要求的频率信号，晶体振荡器因其Q值高而得到广泛应用，采用恒温晶振和稳补晶振可进一步提高其频率稳定度。主要应用于单点频率信号合成。

2 .间接频率合成 - 利用PLL锁相环进行频率合成，其特点是可输出宽频率范围信号，频率变化步进较小，频率跳变速度较快。但存在频率变化步进和相噪指标相矛盾的缺点。PLL间接频率合成是频率合成的主要方式。

3 . 直接数字合成- 利用数字技术进行信号波形合成，其特点是输出频率步进指标很高，频率跳变速度很快，但输出频率范围较窄。

DDS原理

直接数字合成DDS是什么？

基于直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis, DDS）技术是指由一个或多个具有高稳定度和高精准度的参考频率源，在某一频段内通过线性运算得到大量具有同样性质的频率点的过程。而完成这一过程的电路被称为频率合成器，简称频综。直接数字合成DDS利用数字技术进行信号波形合成，优势是低成本，低功耗，高分辨率以及快速切换时间。缺点是频率范围窄，杂散多。

直接数字合成DDS原理

DDS直接数字频率合成技术是一种全新的频率合成方法，最早由JOSEPH TIERENY等三人提出, DDS技术其具有输出频率分辨率高、功耗低、频率切换速度快目频率切换时输出信号的相位连续的特点。为此，了解DDS模块对数字信号处理及其硬件实现有着很重要的作用。

直接数字频率合成DDS结构主要由相位累加器、波形存储器、数模(D/A)转换器和低通滤波器等四个大的结构组成。

在参考频率时钟的驱动下，直接数字频率合成DDS模块开始工作；当每来一个参考时钟时，累加器就把频率控制字FW与寄存器输出的值进行累加，将相加后的结果再输入到寄行器中，而累加奇存器就将在上一个参考时钟作用时产生的数据通过反馈的方式输送到累加器中。这样，在时钟的作用下，就可以不停的对频率控制字进行累加。此时，用相位累加器输出的数据作为地址在波形存储器中通过查找地址所对应的幅值表，就可以完成其从相位到幅值之间的转化。

在直接数字频率合成DDS模块中，输出频率的公式为

输出信号的频率分辨率为

从上两式可以看出，在参考信号与加法器或寄存器的位数给定时，信号最终的输出频率主要由频率控制字决定。故当频率控制字变化时，输出频率也跟着变化，从而可以实现调频的基本功能。

DDS直接数字频率合成技术特点

• 改变时钟频率fc和频率控制字K，可以改变输出信号频率
• DDS最低输出频率为K=1时，
• fomin=fc/2N
• 最高频率，根据奈奎斯特取样定理，可达fomax=fc/2，一般要求不大于fc/4，即一个正弦波周期，至少取4个点。
• 
  
• DDS输出频率的分辨力就是它的最小输出频率：只要N足够大，DDS的分辩力就足够的高。DDS依靠DAC的位数D（以及ROM的地址线位数A）来保证正弦波的幅度精度，靠相位累加器的位数N来保证其分辩力。

直接数字频率合成DDS的优点

相比其他的频率合成技术，DDS直接数字频率合成技术具有以下优点:

DDS具有极高的分辨率 - DDS 的最小输出频率 ，即为输出频率的最小步进量，其中 为时钟参考频率， 为相位累加器的位数。由此可知如果 固定，则只要改变相位累加器的位数 ，就可以很容易达到非常高的分辨率的，而传统的频率合成技术要实现如此低的频率分辨率是很难做到的。

DDS具有极短的频率转换时间 - 由于DDS的开环结构特点，使得频率切换时间极短。因在时间上相位序列是离散的，则在频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后才能按照新的相位增量进行累加，即频率得以切换。由此可以看到频率切换时间实际上就是频率控制字的传输时间，即一个时钟周期的时间。若越高，则频率切换时间将越短，但是不可能小于门电路的传输延迟时间。目前专用 DDS 集成芯片的频率切换时间可做到的量级，这是常用的锁相环PLL频率合成技术无法实现的。

DDS具有可方便地进行各种数字调制 - 改变频率控制字K，即改变输出信号的频率和相位，因此可方便地实现数字调频和调相，附加电路后也可实现调幅功能。。

DDS直接数字频率合成技术的缺点

工作频率受限 - 理论上，其时钟频率至少为输出信号频率的2倍，实际要求在4倍以上，不易实现；而且，器件速度，尤其是DAC的速度，限制了DDS的工作频率。

杂散信号较多 - DDS相当于对正弦波进行抽样。 且ROM容量有限，其地址线位数A比相位累加器位数N小很多，由此产生的相位舍入误差会引入很多杂散频率分量。DAC的非线性也是DDS杂散分量的来源。

频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，在通信、雷达、导航、电子对抗和测试设备中都得到了广泛的应用。频率合成器的主要性能指标包括以下几个方面:

（1）输出频率范围 - 频率范围是指频率合成器输出最低频率和输出最高频率之间的变化范围，包括中心频率和带宽两个方面的含义。

（2）频率稳定度 - 频率稳定度指在规定的时间间隔内，频率合成器输出频率偏离标定值的数值，分为长期、短期和瞬间等3种稳定度。

（3）频率间隔 - 频率间隔是指两个输出频率的最小间隔，也称频率分辨率。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不同的，小到几赫兹，大到兆赫量级。

（4）频率转换时间 - 频率转换时间是指输出频率由一个频率转换到另一个频率的时间。

（5）频谱纯度 - 频谱纯度以杂散分量和相位噪声来衡量，杂散又称寄生信号，分为谐波分量和非谐波分量两种，主要由频率合成过程中的非线性失真产生；相位噪声是衡量输出信号相位抖动大小的参数。

（6）调制性能 - 调制性能是指频率合成器的输出是否具有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等功能。

数字频率合成器在多个领域都有广泛应用，主要包括以下几个方面‌：

1. ‌通信系统‌：数字频率合成器在移动通信、卫星通信、无线电广播等领域中提供高质量的载波信号，确保信号的稳定性和可靠性‌。

2. ‌雷达和导航‌：在雷达系统中，数字频率合成器用于生成高频信号，支持目标检测、测距和测速等功能。其高速啁啾能力和高分辨率使其在雷达系统中尤为重要‌2。

3. ‌测试设备‌：在信号发生器、频率分析仪等测试设备中，数字频率合成器用于生成各种测试信号，确保测试的准确性和可靠性‌。

4. ‌电子对抗‌：在电子对抗领域，数字频率合成器用于干扰和反干扰，支持复杂的电子战操作‌‌。

5. 其他应用‌：在医学成像、声纳系统等领域，数字频率合成器的高精度和稳定性使其成为理想的选择，用于生成高精度的超声波信号和探测信号‌。

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