基于DDS跳频信号源的设计与实现[图]

数字频率合成(DDS)结构简单、易于控制，产生的跳频信号具有很高的频率分辨率和频率转换速度。文章通过对DDS原理的分析，在FPGA平台下对基于DDS的跳频信号源进行设计，并通过优化参数设置，进一步提高跳频信号源的整体性能。 DDS（数字频率合成）技术是现代电子系统中用于生成高频信号的重要手段，因其结构简洁、控制灵活、频率分辨率高和转换速度快的特点而受到广泛应用。在本文中，作者探讨了基于DDS的跳频信号源设计，特别是在FPGA（现场可编程门阵列）平台上实现这一设计的方法。 DDS的基本原理是通过相位累加器、波形存储器（ROM）、数模转换器（DAC）和低通滤波器四个关键组件来生成所需频率的信号。相位累加器在参考时钟的驱动下对频率控制字进行累加，累加结果作为ROM的地址，ROM根据这个地址输出对应的波形幅度。接着，DAC将离散的阶梯波形转换为模拟信号，最后经过低通滤波器平滑处理，形成所需的连续波形。频率的调整主要通过改变频率控制字来实现，频率与控制字、参考时钟频率和相位累加器位数之间存在线性关系。 在跳频信号源的设计中，DDS被用于快速地在多个频率间切换，以提高通信系统的抗干扰性和安全性。文章提到，设计了一个包含逻辑地址控制单元和DDS单元的系统。逻辑地址控制单元负责生成不同的频率控制字，通过6级移位寄存器和6位存储器实现，而DDS单元则包含相位累加器和ROM查询表，这两个部分协同工作，根据频率控制字生成相应频率的信号。 相位累加器是DDS的核心，其累加结果决定了输出信号的相位，进而影响频率。在FPGA实现中，由于资源限制，通常会采用截短处理来平衡频率分辨率和硬件需求。ROM查询表则存储了数字波形的幅值，通过相位累加器的输出序列寻址，再经过低通滤波生成所需波形。为了节约成本和降低功耗，设计中仅存储1/4周期的正弦波数据，利用波形的对称性来生成完整周期的信号。 在仿真和分析阶段，作者使用Xilinx ISE 8.11中的DDS IP核验证了设计的有效性，分析了DDS单元产生的频率精确度。这样的设计不仅提高了跳频信号源的性能，还降低了实现成本，具有实际应用价值。 DDS跳频信号源的设计与实现涉及到了数字信号处理、FPGA设计和信号调理等多个领域的知识。通过理解DDS的工作原理，优化参数设置，以及在FPGA上实现，可以有效地生成高质量的跳频信号，这对于军事通信、无线通信和其他需要快速频率切换的系统具有重要意义。