文献综述
引言
随着数字电子技术的高速发展，工程中对高效快捷的激励源的需求越来越大，要求越来越高。目前市场上位列高端的波形发生器普遍都十分昂贵，因而开发价格低廉、性能优良的波形发生器引起了人们的广泛关注。
当前现场可编程门阵列（FPGA）技术正处于高速发展阶段，其工作频率和集成度的提高、功耗的减小以及成本的降低使得越来越多人开始着眼于利用FPGA替代传统的数字器件，从而有了基于FPGA技术的波形发生器的设计概念。本文研究基于FPGA技术的DDS波形发生器，以现场可编程门阵列FPGA为载体[1]，硬件逻辑方面利用DDS原理，合成波形发生器，使之能产生诸如方波、正弦波等波形。在此基础上，本文将深入研究合成波形发生器的方法，并对该过程中可能出现的一些问题进行深入挖掘及研制解决办法。
频率合成发展阶段
- 直接模拟合成
直接模拟是一种早期的频率合成技术，目前仍在一些传统的微波和射频系统中被采用。但随着数字技术的高速发展，因其在尺寸、电路的复杂和价格方面均受限制，该技术逐渐被新兴技术所替代。在DDS之前，输出分辨率为0.1Hz时需要7个合成模块，而今用一个DDS模块就可轻易实现。直接模拟合成的优点[6]是具有良好的相位噪声、低的寄生分量以及快的开关速度；缺点则是尺寸太大，价格高以及功耗高。虽然PLL、DDS等技术正处于发展迅猛的阶段，但在某些场合仍需要采用直接模拟合成技术，如高速测试、医学和雷达图像处理等。
- 锁相环合成
文献[4]中提到基于锁相环技术的频率合成，该技术属于间接频率合成技术，广泛适用于大规模数字视频图像处理系统中所需的多种频率源，即系统时钟和传输的倍频同步时钟。锁相环频率合成（PLL）器包含滤波器、可控分频器、鉴相器、压控振荡器及前置分频器等功能单元，其主要工作原理[5]是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。PLL技术具有高频率、宽频、频谱质量好等优点，因此目前已受到各界的关注，发展也越来越迅猛。但其频率转换速度低，为了改进这一缺陷频率合成技术又发展到新的阶段即直接数字频率合成。
- 直接数字频率合成
直接数字频率合成（DDS）技术具有高速频率转换能力、高度的频率和相位分辨能力，但目前尚不能做到宽带，频谱纯度也不如PLL。因此新一代的频率合成技术正趋于混合二者的优点，将PLL与DDS技术结合起来，利用DDS的高分辨率来解决PLL中频率分辨率和频率转换时间的矛盾。
DDS基本原理
本文主要研究基于DDS的频率合成技术。直接数字频率合成（DDS）技术是一种全数字、先进的频率合成技术，与传统的频率合成技术相比，采用DDS技术合成的波形发生器具有输出频率带宽很宽、频率分辨率很高、频率切换时间极短、输出相位连续以及可以产生任意波形等一系列优点，故近年来发展十分迅速，其应用愈加广泛。
DDS是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术，通过产生系列数字信号并经数模转换器转换为模拟信号。图3.1显示了直接数字频率合成器的基本功能模块框图。
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