2 DDS结构
2.1 相位累加器
相位累加器是DDS系统的核心,可完成DDS实现原理中的相位累加功能。为充分发挥DDS的优越性,一般累加器的位数都比较大,频率字可控制DDS的输出频率,可根据需要设定。
2.2 波形查询表
该电路的核心是一个查找表,查找表主要完成相位序列(相位码)向幅度序列(幅度码)的转换。这里,用ROM构造一个查找表。如果把相位码作为ROM的地址,只要在该地址中存储相应的正弦幅度码作为数据,就可通过相位码寻址ROM,输出信号函数。
2.3 D/A转换器与低通滤波器
D/A转换器和低通滤波器的作用是将幅度码转变成模拟信号。由于D/A转换器输出为阶梯波,需通过低通滤波器取出其低频成分(即DDS输出)。
3 DDS频率分析
相位累加器在基准时钟的作用下,进行线性相位累加,当相位累加器加满时就会产生一次溢出,从而完成一个周期,这个周期也就是DDS信号的一个频率周期。
可见,通过设定相位累加器位数、频率控制字K和基准时钟的值,可以产生任意频率的输出。DDS的频率分辨率定义为:△fmin=fc/2N。
由于基准时钟一般固定,因此相位累加器的位数即决定频率分辨率。如果相位累加器为32位,那么频率分辨率就可以认为是32位。位数越多,分频率越高。只要N足够大,即累加器有足够的长度,总能得到所需的频率分辨率。输出频率f0由频率控制字K决定,即f0=K(fc/2N)。根据奈奎斯特采样定理,DDS的最大输出频率f0Max应小于fc/2,在实际中,f0Max一般只能等于fc的40%。
4 DDS的杂散分析
DDS输出频率中的杂散信号是一个最重要的问题,而且是由于多种原因引起的。这里主要介绍以下3种原因:
1)电压幅度截断 幅度量化误差,就是ROM存储能力有限引起的舍位误差,也可以认为是由D/A转换器分辨率有限引起的误差。参照相关数据资料,波形ROM的位数为D,由幅度量化误差造成的输出背景噪声的单边带功率谱密度为:
量化误差引起的量化失真,可以用输出信号与量化噪声功率之比SQR来衡量。当D/A转换器满幅度输出时,有
式中,D是幅度量化的位数,D一定时,则噪声的功率就一定。
2)相位截断 由于ROM无法实现2N个地址单元的容量,因此截断相位码的高B位。主谱与最大的杂散幅度之比满足如下关系:
式中,N为相位累加器的位数,B为相位截断位数。
由上式可看出,由相位截断引入的最强杂散相对主谱的电平由相位累加器输出的有效位数决定:有效寻址位数每增加1位,杂散性能约提高6 dB。
3)D/A转换器本身的问题 由于实际中D/A转换器的非线性、瞬间毛刺等非理想转换特性在输出频谱中会产生杂散。