基于FPGA的并行DDS

介绍一种提高直接数字合成器（DDS）系统时钟频率的并行处理方法。给出了一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的具有400MHz系统时钟频率DDS电路的实现方法和实验测试结果。采用直接中频输出方式，输出频率范围250MHz～350MHz，频率分辨率6Hz，寄生信号抑制50dB。该DDS电路具有接口简单、使用灵活等优点，可用于雷达、电子战领域的宽带信号产生。 直接数字合成器（DDS）是一种数字信号处理技术，它能够快速、精确地生成连续的频率信号。DDS的主要组成部分包括相位累加器、查找表（Phase-to-Amplitude Converter，P/AC）、数字模拟转换器（D/A Converter）以及必要的滤波器。在本文中，我们探讨的是基于FPGA的并行DDS实现，这是一种优化DDS性能，提升系统时钟频率的方法。 FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可重构的集成电路，允许用户根据需求定制逻辑电路。在并行DDS中，FPGA被用来实现高速运算，以达到400MHz的系统时钟频率，这远超出了传统的DDS设计。这样的高速DDS电路特别适用于雷达和电子战等领域，因为它们需要生成宽带信号且频率分辨率极高。 具体来说，文中提到的并行DDS电路由相位累加器、两路相位/幅度变换电路、二选一选择器、锁存器、SINC函数补偿滤波器、D/A变换器和中频滤波器等组件构成。相位累加器通过累加输入的频率码，生成两个相位输出A和B，这两路相位信号经过相位/幅度变换后，通过二选一选择器合成一路信号。为了简化设计，采用了直接中频输出方式，减少了额外的信号处理步骤。 相位累加器是DDS的核心，其并行实现通常涉及到两个完全相同的累加器，但本文提出了一种简化方法，仅使用一个累加器来生成A路输出，然后通过加上输入频率码的1/2来得到B路输出。这样不仅降低了硬件复杂度，还确保了两路信号间的初始相位偏差。 相位/幅度变换器的作用是将相位信息转换为幅度信息，通常通过查找表实现。在本文的并行DDS中，10位的相位截断输出用于此转换，这有助于减少硬件资源的消耗。 SINC函数补偿滤波器则用于补偿D/A变换器输出信号因频率增加而产生的幅度衰减，确保信号质量。D/A变换器将数字信号转化为模拟信号，通过中频滤波器进一步整形和滤波，以得到最终的输出信号。 通过并行处理，这个DDS电路可以达到250MHz到350MHz的输出频率范围，频率分辨率高达6Hz，而寄生信号抑制则达到50dB，这些特性使其在雷达和电子战系统中极具优势。接口简单、使用灵活也是该设计的一大亮点，使得系统集成变得更加便捷。 基于FPGA的并行DDS是一种高效且灵活的解决方案，它能应对高性能需求，尤其是在需要高速宽频信号生成的场景下。随着FPGA技术的持续发展，未来这种并行DDS的设计有望实现更高级别的集成和性能提升。