基于DSP Builder的DDS設計及其FPGA實現(xiàn)

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作者：王杰　馬玲時間：2007-08-20 來源：現(xiàn)代電子技術

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直接數(shù)字合成器，是采用數(shù)字技術的一種新型頻率合成技術，他通過控制頻率、相位增量的步長，產(chǎn)生各種不同頻率的信號。他具有一系列的優(yōu)點；較高的頻率分辨率；可以實現(xiàn)快速的頻率切換；在頻率改變時能夠保持相位的連續(xù)；很容易實現(xiàn)頻率、相位和幅度的數(shù)控調制等。目前可采用專用芯片或可編程邏輯芯片實現(xiàn)DDS[1]，專用的DDS芯片產(chǎn)生的信號波形、功能和控制方式固定，常不能滿足具體需要[2]?？删幊踢壿嬈骷哂衅骷?guī)模大、工作速度快及可編程的硬件特點，并且開發(fā)周期短，易于升級，因為非常適合用于實現(xiàn)DDS。

　　1 DDS的工作原理

　　DDS的結構原理圖如圖1所示，DDS以數(shù)控振蕩器的方式，產(chǎn)生頻率、相位和幅度可控的正弦波[3]。電路包括了相位累加器、相位調制器、正弦ROM查找表、基準時鐘源、D/A轉換器等組成。其中前三者是DDS結構中的數(shù)字部分，具有數(shù)控頻率合成的功能。

DDS的結構原理圖

　　DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，完成相位累加過程。在基準時鐘的控制下，頻率控制字由累加器累加，以得到相應的相位數(shù)據(jù)，相位調制器接收相位累加器的相位輸出，主要用于信號的相位調制，其輸出的數(shù)據(jù)作為取樣地址來尋址正弦ROM查找表，完成相位-幅度變換，輸出不同的幅度編碼；再經(jīng)過D/A轉換器得到相應的階梯波；最后經(jīng)低通濾波器對階梯進行平滑處理，即可得到由頻率控制字決定的連續(xù)變換輸出的正弦波。

　　2 基于DSP Builder和DDS設計

　　2.1 DSP Builder簡介

　　DSP Builder是美國Altera公司推出的一個面向DSP開發(fā)的系統(tǒng)級工具，他作為Matlab的一個Simulink工具箱，使得用FPGA設計DSP系統(tǒng)完全通過Simulink的圖形化界面進行建模、系統(tǒng)級仿真，設計模型可直接向VHDL硬件描述語言轉換，并自動調用QuartusⅡ等EDA設計軟件，完成綜合、網(wǎng)表生成以及器件適配乃至FPGA的配置下載，使得系統(tǒng)描述與硬件實現(xiàn)有機的融合為一體，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代電子技術自動化開發(fā)的特點與優(yōu)勢。

　　2.2 DSP Builder設計原理及參數(shù)設置

　　基于DSP Builder的DDS系統(tǒng)如圖2和圖3所示，DDS子系統(tǒng)Subsystem有3個輸入，分別為Freqword（32位頻率控制字）、Phaseword（32位相位控制字）、Amp（10位幅度控制字）；一個輸出，即10位DDSOut輸出。2個Parallel Adder Subtractor分別為相位累加器和相位調制器，LUT為正弦ROM查找表。設置Simulink的仿真停止時間stop time為5，仿真步進Fixed Step Size為le-3。圖（4）對應頻率、相位和幅度控制字分別為4000000，0和10（參數(shù)1）時DDS系統(tǒng)的輸出波形，圖5對應頻率、相位和幅度控制字分別為9000000，500000000和15（參數(shù)2）時DDS系統(tǒng)的輸出波形。

基于DSP Builder的DDS系統(tǒng)

輸出波形