基于FPGA的DDS信号发生器(图文并茂+深度原理解析)

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前言

        DDS(直接数字合成)技术是先进的频率合成手段,在数字信号处理与硬件实现领域作用关键。它因低成本、低功耗、高分辨率以及快速转换时间等优点备受认可。

        本文着重探究基于 FPGA 的简易 DDS 信号发生器设计原理与流程,同时给出 Verilog 代码实例。从原理剖析到具体实现步骤逐步深入,阐述如何利用 FPGA 技术与 DDS 技术相结合,实现信号发生器功能,为相关领域技术人员提供有价值的参考与借鉴。

一、DDS是什么?

        DDS(Direct Digital Synthesizer,直接数字合成器)是一种数字合成技术,它利用数字方式生成模拟信号。

二、物理层

1.结构示意图

        DDS基本结构主要由相位累加器、相位调制器、波形数据表ROM、D/A转换器等四大结构组成。DDS结构示意图,如下图所示

        1.相位累加器(Phase Accumulator)

        作为DDS的核心,相位累加器负责生成相位码,其输入为频率字输入,位宽通常用N表示。相位累加器的输出是连续累加的结果,用于控制信号的频率。

        2.相位调制器(Phase Modulator)

        接收相位累加器的输出,并加上相位偏移值P,用于实现信号的相位调制
        3.波形数据表ROM(Waveform ROM)

        存储一个或多个周期的波形数据,如正弦波。ROM的地址由相位调制器的输出决定,从而读取相应的波形数据。
        4.数模转换器(D/A Converter)

        将波形数据表ROM输出的数字信号转换为模拟信号,即最终的输出信号CLK_OUT。

2.DDS工作原理

        DDS信号发生器基本原理是通过查找表法读取ROM中存储的三角波,方波,锯齿波等数据,通过处理,能做到输出的波形频率和相位可调制,主要步骤如下:

        1.系统时钟 CLK 为整个系统的工作时钟,频率为 fclk;

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