引言
能够准确地产生和控制不同频率和波形的能力已经成为众多行业中的关键需求。设计师可以选择基于PLL的技术和DAC编程，但DDS因其能够通过紧凑、低成本的单芯片IC产生高分辨率、可编程的模拟波形而广受欢迎。DDS提供了灵活、低相位噪声的频率源，广泛应用于通信、工业和生物医学设备的频率激励。
直接数字合成器（ DDS ） 是一种通过生成数字形式的时变信号并进行数模转换来产生模拟波形（通常为正弦波）的方法。DDS被应用于信号生成、通信系统中的本振、函数发生器、混频器、调制器、声音合成器以及作为数字锁相环的一部分。
DDS 设备如何生成正弦波？
DDS 设备的主要组件包括相位累加器、相位到幅度转换装置（通常是一个正弦查找表）和 DAC。这些模块如图所示：
DDS 生成的正弦波频率由参考时钟频率和编程到频率寄存器中的二进制数字决定。频率寄存器中的二进制数字是相位累加器的主要输入。如果使用正弦查找表，相位累加器计算查找表的相位（角度）地址，查找表输出该相位角度对应的正弦值的数字幅度，并传输给 DAC。然后，DAC 将该数字转换为对应的模拟电压或电流值。要生成固定频率的正弦波，在每个时钟周期中，将一个常量（由二进制数决定的相位增量）添加到相位累加器。如果相位增量较大，累加器会快速遍历正弦查找表，从而生成高频正弦波；如果相位增量较小，累加器将以更多步进生成较慢的波形。
使用典型的 DDS 设备生成什么样的输出？
DDS 设备不仅限于产生纯正弦波输出。下图展示了 AD9833 设备可生成的方波、三角波和正弦波输出。
使用 DDS 的主要优点是什么？
DDS 设备可以通过高速串行外设接口（SPI）进行编程，仅需一个外部时钟即可生成简单的正弦波。如今的 DDS 设备可生成从小于 1 Hz 到 400 MHz 的频率（基于 1 GHz 时钟）。DDS 设备的低功耗、低成本和小巧封装，加上卓越性能和可编程（及重新编程）输出波形的能力，使得 DDS 设备成为优先于更为笨重的离散元件方案的极具吸引力的解决方案。
基于 DDS 系统的关键性能指标：
相位噪声： 在采样系统中，噪声受多种因素影响。参考时钟抖动在 DDS 系统中表现为相位噪声，而相位截断则根据所选码字引入误差。用截断的二进制编码字表示的精确比率不会有截断误差，但需要更多位数的比率会产生相位截断误差，这些误差在频谱图中表现为杂散信号。它们的大小和分布取决于所选的码字。DAC 通过量化和线性误差引入噪声，可能导致噪声和谐波失真。
抖动： 抖动是数字信号边缘从其长期平均位置的动态位移，以 rms 度数衡量。振荡器抖动来源于热噪声、电子元件的不稳定性以及通过电源、接地和连接的外部干扰。附近发射器的射频干扰以及磁场或电场也会影响振荡器。简单的组件如放大器或缓冲器会给信号增加抖动。
DDS 设备的输出 会添加一定量的抖动。由于每个时钟本身已具有固有的抖动，选择低抖动的振荡器至关重要。降低高频时钟频率是一种减少抖动的方法。通过频率分频，相同数量的抖动在更长时间内发生，从而降低其占系统时间的百分比。
无杂散动态范围（ SFDR ）： 指的是频谱中基本信号的最高水平与任何杂散信号（包括别名和谐波相关频率成分）的最高水平之间的比率（以分贝表示）。SFDR 在与其他通信信道和应用共享频谱的情况下尤为重要。如果发射器的输出在其他频段中产生杂散信号，它们可能会破坏或中断邻近信号。
应用：
DDS 应用可以分为两大类：
- 通信和雷达系统，需要灵活的频率源进行数据编码和调制
- 测量、工业和光学应用，需要具有可编程调谐、扫描和激励功能的通用频率合成
在这两种情况下，越来越趋向于更高的频谱纯度（更低的相位噪声和更高的无杂散动态范围）以及低功耗和小尺寸要求，以满足远程或电池供电设备的需求。
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产品示例：
| DigiKey 零件编号 | AD9852ASVZ-ND |
|---|---|
| 制造商 | Analog Devices Inc. |
| 制造商产品编号 | AD9852ASVZ |
| 详细描述 | 直接数字合成 IC 12 b 300 MHz 48 b 调谐 80-TQFP-EP（14x14） |
| 规格书 | 规格书 |
| DigiKey 零件编号 | 505-AD9837ACPZ-RL7TR-ND |
|---|---|
| 制造商 | Analog Devices Inc. |
| 制造商产品编号 | AD9837ACPZ-RL7 |
| 详细描述 | 直接数字合成 IC 10 b 5 MHz 28 b 调谐 10-LFCSP-WD（3x3） |
| 规格书 | 规格书 |