FPGA控制DDS的频率发生器设计(2)
二十世纪七十年代末期，日本和美国的两家公司首次研发了了垂直分辨率为8bit，可以存储256点波形数据，最高取样频率为5MHz，主要用于科研领域的具有较好性能的信号发生器。在近几年，集成电路的发展以及生产工艺的更新换代使波形发生器的性能大大提升。当今世界上的重要电子仪器生产商中，Tektronix公司的AWG710垂直分辨率为8bit, 最高采样频率可达4GMS/S，存储容量高达8M。
近些年，我国在波形发生器的设计和制造上有了飞速的发展，制造的波形发生器性能不断得到提高，价格也不断降低，然而产业并不成熟，没有形成较大规模的产业链，并且在性能和种类上都与国际同类产品存在明显的差距，因此需要加速对该类产品的研发以达到国际领先水平。
1.2 频率发生器的实现方法
按照出现的时间先后以及采用技术的不同，主要可将频率合成技术分为三种：直接模拟频率合成、锁相环频率合成和直接数字频率合成。
直接模拟频率合成是最早的频率合成方法，它是由一个或多个参考频率源经谐波发生器产生一系列谐波，再经混频、倍频、分频和滤波器等处理来合成所需要的离散频率[2]。虽然模拟电路及分立元件的使用使该技术存在价格高昂、体积庞大、杂散分量较多的问题，但是直接模拟频率合成的实现方法可达到较高的频率分辨率、较快的频率转换速度以及较低的相位噪声，这些优点使得该技术在初期受到了极大的重视及应用。
锁相环频率合成是利用锁相技术实现频率的加、减、乘、除。我们可把锁相环路看做一窄带跟踪滤波器，根据其特点可知它能很好地利用通带将需要频率的信号选择出来且可通过阻带抑制杂散分量，这说明采用该技术进行频率合成时并不需要设计滤波电路也能得到很好的波形效果，有利于器件集成化、小型化的实现。根据文献[2]可知，锁相式频率合成器合成的信号的频率稳定度无论在长期还是短期都达到了较高的水平，但该技术也存在一定的问题，如频率分辨率差、频率转换时间长，正是这些缺点制约了该频率合成技术的发展。
直接数字频率合成技术，简称DDS，是一种全新的采用二次采样合成所需频率的频率合成技术，它是由美国学者J．Tiemey、c．M．Rader和B．Gold于1971年提出来的。但由于20世纪70年代电路集成度较低且生产工艺落后，导致生产出的器件性能较差，导致DDS技术并没有受到足够的重视。近年来，随着器件生产工艺的大大提高以及集成电路设计及制造水平的发展，采用DDS技术实现频率合成的优势变得越来越明显。与之前介绍的两种频率合成技术相比，采用DDS技术设计的频率发生器频率转换速度快、频率分辨率高、输出相位噪声低、易于集成且可根据需要产生任意波形。
1.3 频率合成技术的应用
首先，频率合成技术具有信号还原功能，比如当实验或实际生产中遇到成本很高或者风险性很大的情况时，可以通过频率合成技术还原所需要的频率及波形，并通过把还原的信号加载到电路中对理论或假设进行验证。
其次，在理论上，频率合成技术可以生成几乎任意在周期上有规律的频率。利用该技术可以模拟实际实验中的干扰及瞬态信号，例如过尖峰信号、脉冲信号、频率突变、阻尼瞬变等。通过合成这类模拟信号，测试人员可检验设计产品是否满足实际使用需要及产品质量是否合格。
该技术的另外一个重要应用是函数发生功能。频率合成技术可用于设计信号源发生器，产生正弦波等周期上有规律的波形并且可改变产生波形的频率与幅度，满足一般实验上对信号源的需求 [3]。
上一篇：基于FPGA的图像去噪技术研究