DDS相位累加器流水线结构的改

DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字频率合成器）是一种重要的信号发生技术，因其频率分辨率高、转换速度快和波形变换灵活而在通信、雷达、GPS、蜂窝基站和HDTV等多个领域广泛应用。其中，相位累加器是DDS的核心组成部分，它的位数决定了DDS的性能。相位累加器通常具有32至48位，而更高的时钟频率意味着更宽的输出频率范围。 在高速DDS中，为了提高运算速度和精度，相位累加器、移相加法器和乘法器常采用流水线结构。然而，传统的流水线结构会占用大量的寄存器资源，随着流水线级数的增加，寄存器的需求量按级数的平方增长。这在硬件资源有限的情况下成为了一个问题。 针对这一挑战，文章提出了对DDS流水线结构的改进方案。作者赵正敏分析了DDS的工作原理和流水线结构的特点，指出在大多数情况下，DDS的控制数据（如频率控制字FW、移相寄存器PSR和幅度寄存器AR）的刷新频率远低于系统时钟，数据在较长时间内保持不变。基于此，作者建议改进输入流水线结构，以节省寄存器资源。 改进后的流水线结构包括一个刷新控制器，当外部控制系统发出启动信号Start时，控制器在每个时钟周期的上升沿发送写入脉冲WR，将数据写入各级流水线寄存器。一旦数据写入，它们将在后续时钟周期保持不变，直到收到新的Start信号。这种方法使得寄存器的使用数量与相位字长相同，而不受流水线级数的影响，尤其在处理长位宽相位累加器时，效果显著。 刷新控制器的设计采用阵发式脉冲分配器，它在接收到Start信号后，产生一系列脉冲，分配给各级流水线寄存器。在Altera的FPGA平台上，可以使用MAX+Plus Ⅱ的HDL语言实现这样的阵发式脉冲分配器，确保在高速运行时的性能。 通过这种改进，不仅减少了硬件资源的占用，而且不会牺牲DDS的性能。这对于实现高速、高精度的DDS系统来说，是一种有效的优化策略。同时，这种方法也适用于采用FPGA等可编程逻辑器件实现DDS的情形，降低了设计复杂度和成本。该改进方案对于提高DDS系统的性价比和扩展其在各种应用中的实用性具有重要意义。