DDS信号发生器的理解与实现

基于Verilog的DDS波形发生器的分析与实现（三角波、正弦波）

最近学习了一下关于DDS的相关知识，本篇概要记录一下自己的理解与实现。

DDS信号发生器采用直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，简称DDS）技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节。采用这种方法设计的信号源可工作于调制状态，可对输出电平进行调节，也可输出各种波形。

下图为DDS 的基本结构图

由上图 可以看出，DDS 主要由相位累加器、相位调制器、波形数据表以及 D/A 转换器构成。

相位累加部分控制输出波形频率，相位字输入部分来改变相位，ROM表中存储一个周期波形的幅度值。

其中相位累加器由 N 位加法器与 N 位寄存器构成。每来一个时钟，加法器就将频率控制字与累加寄存器输出的相位数据相加，相加的结果又反馈至累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。即在每一个时钟脉冲输入时，相位累加器便把频率控制字累加一次。相位累加器输出的数据就是合成信号的相位。相位累加器的溢出频率，就是 DDS 输出的信号频率。（解释：定义一个N位寄存器，一般为32位，如果来一个时钟计一次，那就要计2^32次才满，这样太慢，因此引入频率控制字设为A，以前以1为单位，现在以A为单位计数累加，可以控制计数更新的速度）

用相位累加器输出的数据，作为波形存储器的相位采样地址，这样就可以把存储在波形存储器里的波形采样值经查表找出，完成相位到幅度的转换。波形存储器的输出送到 D/A 转换器，由 D/A 转换器将数字信号转换成模拟信号输出。

一般32位累加器不会全用来输出作为ROM地址，会根据ROM深度来适当截取高位作为地址，其余位可以作为控制频率。例如现在ROM中存储波形一个周期数据每个数据位宽8位，则数据范围为0-2^8（256），但是要产生一个周期波形需要512个，因为0-256一般是上升期，256-0处于下降期，那么现在ROM深度为512，则地址位宽应为9位，2的9次方=512，则32位累加器只需高9位即可［31：23］寻址，其余位用来控制地址改变的频率。假如现在每来一个时钟地址变一次，那么其余位（即频率控制字A）应设置为32‘h800000即32’b0000_0000_10000000_0000_0000_0000_0000，最高位1其实就是地址的最低位，累加器初始为0，来个时钟沿加一次A，高9位地址变化一次。要想两个时钟变化一次，那么A就是32‘b0000_00000100_0000_0000_0000_0000_0000，两个时钟之后地址的最低位才会变化。这样通过对频率控制字A的设置就可以达到改变地址的变化频率，其实就是输出的频率。不知道这样说看者能否理解。

这里相位累加器位数为 N 位（N 的取值范围实际应用中一般为 24~32），相当于把正弦信号在相位上的精度定义为 N 位，所以其分辨率为1 /2。　　若 DDS 的时钟频率为