信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器,是工业生产和电工电子实验室中经常使用的电子仪器之一随着社会发展和科技的进步,目前中高端的信号发生器的设计均采用了DDS技术此类信号发生器具有频率输出稳定度高频率合成范围宽信号频谱纯净度高等优点,可以说DDS技术对于信号发生器的发展具有非常重要的作用,它是使信号发生器更加成熟更加先进的技术保障

（一）DDS技术的发展

直接数字合成技术(Direct Digital Synthesizer,DDS)是以数字信号处理理论为基础,从相位概念出发直接合成所需要波形的一种全数字技术频率合成方法

DDS发展到现在,合成信号频率的精确度仍是其今后发展的主要方向,而这方面的性能指标的提高可以从两个方面进行,一是发展更先进的芯片生产工艺,生产出性能更加完善的DDS芯片;二是对于已有成品的DDS芯片设计完善抗干扰抑制杂散的外围电路运用DDS技术生产的DDS任意波形信号发生器是一类较新的信号源,已经广泛地投入使用它不仅能产生传统函数信号器能产生的正弦波方波三角波锯齿波,还可以产生任意编辑的波形由于DDS的自身特点,所以很容易产生一些数字调制信号,如FSKPSK等

（二）DDS技术的特点

DDS技术的特点有:

分辨率较高

其频率大小由其相位累加器的位数N和外部输入的参考时钟频率fc共同决定因此可以选取较高相位累加器数的DDS芯片,进一步提高信号的频率分辨率

输出信号的频率范围宽

传统信号合成器由于受到混叠现象和低通滤波器非理想过渡特性的影响,输出的频率采样上限会受到限制,一般设定为采样频率fc的1/3,而DDS的输出信号频率的上线为fc的1/2,所以DDS技术输出信号的频率范围要远高于传统技术的输出频率宽

输出信号的频率切换速度快

频率控制字K的传递时间只与fc和流水线的长度有关,在理想状态下,DDS输出信号的频率可达纳秒级

（三）DDS信号发生器的构成 

上图为DDS信号发生器的基本结构,其主要元件有相位累加器波形存储器数模转换器低通滤波器,下面分别介绍各元件的主要功能

（1）相位累加器

DDS技术中最关键的部分就是相位累加器相位累加器是在外部时钟信号的控制下产生读取数据的地址值,然后通过查表法,把地址直接转化为所需信号波形的数字幅度序列,再经由数模变换器(D/A)把代表信号波形幅度的数字序列进一步转化为模拟电压,最后传送到低通滤波器经过滤波器处理,将数模变换器中不理想的阶梯状波形转化为平滑的所需波形合成信号的波形种类由ROM表中的幅度序列决定如果需要多种波形,只需把所需波形的数据直接存放到ROM表中即可

（2）波形存储器

波形存储器也被称之为正弦查询表,它的主要功能是在任何一个参考时钟周期内,都可以把从上一级传输过来的相位二进制码信息作为地址,读取查询表中的相应地址对应的幅值二进制码信息这里需要说明的是,正弦查询表中能够查找的数据信息是预先存储好的,也就是说需要事先对标准的正弦信号按照采样定理进行抽样和离散,比如波形存储器的查询地址为M,这就需要将一个周期的标准正弦信号G(t)进行抽样和离散,即使其成为一个有2M个样本值的D位二进制离散序列,把每一个样值的相位信息作为存储地址,对应的幅值信息作为地址的存储内容

当收到上一级相位累加器传输过来的相位二进制码信息时,将其作为地址来读取内部对应的预先存好的存储内容即标准信号的幅值二进制码信息,并将这个幅值信息的D位二进制码传送给下一级

（3）数模转换器

数模转换器可以把波形存储器所输出的包含幅值信息的D位二进制离散序列转换成连续的模拟信号,但在实际中,它所恢复的模拟信号并不是真正光滑的正弦波,而是由很多个小方块聚合成一个具有正弦波轮廓的阶梯形信号更直观地说,转换来的模拟信号不能完全被还原,D/A转换器的位数在很大程度上决定了还原后模拟信号的精度——位数越大,分辨率越高,组成阶梯形正弦信号的矩形数量就越多,波形看起来越平滑,与正弦波形的相似度也就越高所以,目前多数集成电路厂商在设计DDS芯片时都会尽量集成具有较高位数的数模转换器同样,D/A转换器的其他参数,如转换速率线性度等也都影响着输出信号的质量

（4）低通滤波器

低通滤波器(Low Pass Filter,LPF)主要是将上级(D/A转换器)输出的阶梯形的正弦信号进行平滑处理,去除混叠的无用的杂散分量,使输出信号更为纯净,波形变得更为平滑

（四）DDS信号发生器产生正弦波的MATLAB仿真

利用MATLAB仿真,模拟DDS的信号发生器产生频率为109Hz的正弦波,采样频率fs=1.2GHz其仿真结果如下图所示： 

可以看到DDS准确输出了所需波形,符合实验预期,因此通过程序输入不同数据DDS就能够输出所需要的波形对比上图的两个波形可以发现,DDS位宽越宽,其精度越高,但是位宽的宽度对ROM空间大小有一定要求,位宽越大,所占ROM空间越多,因此在实际应用当中我们要根据确定问题来选取合适的位宽