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一文看懂DDS原理、混叠、幅度调制

2017-11-14 09:51 来源:互联网 编辑:Janet

随着地址计数器逐步执行每个存储器位置,每个位置相应的信号数字幅度会驱动DAC,进而产生模拟输出信号。最终模拟输出信号的频谱纯度主要取决于DAC。相位噪声主要来自参考时钟。

DDS是一种采样数据系统,因此必须考虑所有与采样相关的问题,包括量化噪声、混叠、滤波等。例如,DAC输出频率的高阶谐波会折回奈奎斯特带宽,因而不可滤波,而基于PLL的合成器的高阶谐波则可以滤波。此外,还有其它几种因素需要考虑,稍后将会讨论。

图1:直接数字频率合成系统的基本原理

这种简单DDS系统的基本问题在于,最终输出频率只能通过改变参考时钟频率或对PROM重新编程来实现,非常不灵活。实际DDS系统采用更加灵活有效的方式来实现这一功能,即采用名为数控振荡器(NCO)的数字硬件。图2所示为该系统的框图。

图2:灵活的DDS系统

系统的核心是相位累加器,其内容会在每个时钟周期更新。相位累加器每次更新时,存储在△相位寄存器中的数字字M就会累加至相位寄存器中的数字。假设△相位寄存器中的数字为00...01,相位累加器中的初始内容为00...00。相位累加器每个时钟周期都会按00...01更新。如果累加器为32位宽,则在相位累加器返回至00...00前需要232(超过40亿)个时钟周期,周期会不断重复。

相位累加器的截断输出用作正弦(或余弦)查找表的地址。查找表中的每个地址均对应正弦波的从0°到360°的一个相位点。查找表包括一个完整正弦波周期的相应数字幅度信息。(实际上,只需要90°的数据,因为两个MSB中包含了正交数据)。因此,查找表可将相位累加器的相位信息映射至数字幅度字,进而驱动DAC。图3用图形化的“相位轮”显示了这一情况。

考虑n = 32,M = 1的情况。相位累加器会逐步执行232个可能的输出中的每一个,直至溢出并重新开始。相应的输出正弦波频率等于输入时钟频率232分频。若M=2,相位累加器寄存器就会以两倍的速度“滚动”计算,输出频率也会增加一倍。以上内容可总结如下:

图3:数字相位轮

n位相位累加器(大多数DDS系统中,n的范围通常为24至32)存在2n个可能的相位点。△相位寄存器中的数字字M代表相位累加器每个时钟周期增加的数量。如果时钟频率为fc,则输出正弦波频率计算公式为:

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