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直接數字合成 (DDS)是一種生成擁有精確形狀和頻率的波形的技術。在函數發生器" title="函數發生器">函數發生器中使用DDS提高了這些儀器的性能，同時降低了成本。本文考察了DDS技術，介紹了在波形合成器儀器中使用DDS的優點。?
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在電子設施和制造行業的許多領域，函數發生器都是有效的通用儀器。它們可以生成不同頻率和幅度的大量信號，用來評估新電路的運行情況，代替時鐘信號，對新產品進行制造測試，及用于許多其它用途。?
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自第一部正弦波發生器問世以來，函數發生器的設計已經發生了多次演進，在當前數字領域中，大多數新型函數發生器(如新推出的Agilent 33220A)正采用一種新技術，稱為直接數字合成或DDS。顧名思義，DDS在大部分操作中使用數字電路" title="數字電路">數字電路，從而提供了數字操作擁有的許多優勢。信號只在合成的最后階段轉換到模擬域中，在多個方面降低了函數發生器的復雜度，提高了函數發生器的穩定性。?
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從本質上看，DDS合成器是一個寬幾位、以恒定的高頻率運行的計數器。在溢出時，計數器可以“包圍”穿過零，有一個非常大的控制字設置數器步進長度。計數器的高階位用來尋址存儲設備，這個設備保持生成的一個波形周期的數字記錄。高頻時鐘每“嘀答”一次，計數器步進一次，將為存儲器生成一個新的地址字，新的波形數據值發送到數模轉換器(DAC)。DAC輸出是取樣的模擬波形，在從發生器輸出前，模擬波形通過重建濾波器發送。?
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DDS的首要優點之一是輸出信號的頻率精度可以達到作為發生器參考信號使用的晶體控制振蕩器的水平。這個參考信號可以是晶體振蕩器(XO)，或為實現更高的精度，可以是儀器本身中的溫度補償晶體振蕩器(TCXO)。這些信號可以提供好于1/10th PPM的頻率精度。在許多情況下，儀器還可以把頻率鎖定到外部實驗室頻率參考源上，生成超高精度的信號。?
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在許多實驗室工作臺上，另一部儀器如頻率計數器可以提供最精確的恒溫器控制的時鐘振蕩器，其輸出參考信號可以作為DDS 函數發生器的參考信號使用。在其它高精度測量實驗室中，將在每臺工作臺上“探測”10 MHz 標準頻率參考信號，以實現這一目的。由于數字特點，DDS電路可以鎖定在這一頻率，提供與參考標準一樣精確的信號。?
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DDS的第二個優點與第一個優點相關：DDS發生器可以以非常高的精度生成頻率。DDS 信號發生器的數字電路的頻率精度可以實現與數字電路相同的頻率精度。如果DDS電路有一個48位計數器，它可以提供高達48位的頻率分辨率，或約為10-15次冪分之三，某些DDS合成器使用位數更多及分辨率更高的計數器。?
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這種高分辨率意味著函數發生器能夠確切地生成希望的輸出頻率，這還意味著發生器可以非常精確地改變頻率。這特別適合在通信、海量存儲和類似應用中評估定時電路。能夠生成幾十兆赫、分辨率為1微赫茲的DDS 發生器并不少見。?
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由于這么多的波形是以數字方式生成的，因此函數發生器中的調制功能、掃描功能和突發生成功能都受到數字控制，并可以以非常高的精度進行設置并不奇怪。不僅可以精確地設置和改變頻率和定時，還可以精確地設置和改變相位和幅度。?
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DDS的第三個優點是如果擁有RAM波形存儲器，那么函數發生器可以復現幾乎任何波形。DDS 發生器通過“播放”存儲器中存儲的波形來運行。如果存儲器是只讀存儲器，那么只能生成ROM中存儲的波形。一般來說，每個函數發生器中都會內置正弦波、方波、三角波和類似的波形。但是假設應用要求占空比為10%的方波，或對稱性為58%的三角波(而不是50%)，如果DDS電路有存儲波形的RAM，那么控制器電路可以把任何波形寫入RAM，并通過合成器重放波形。?
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因此，函數發生器現在的功能要遠遠超過傳統函數發生器。對稱性可變的波形現在是標配功能，另外還可以內置各種不常見的波形，如指數上升和下降或正弦脈沖等等。?
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把這種RAM概念再推進一步，假設您需要測試獨有的某個特定波形。某些函數發生器可以把客戶指定的波形加載到DDS引擎的RAM中，由合成器進行播放。這為函數發生器提供了生成“任意波形”的額外功能，即幾乎任何形狀的波形。這種功能特別有用，其通常得到能夠從各種來源中讀取波形的軟件支持，包括Matlab、MathCad、Excel和類似的軟件文件格式及示波器波形捕獲文件。?
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新的函數發生器利用了DDS的優勢，能夠把多臺不同儀器中的功能融合到一部儀器中。基于DDS的函數發生器現在不僅執行函數發生器的功能，還執行任意波形發生器的功能。除增加ARB功能外，某些儀器還是功能強大的脈沖發生器。?
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因此下次在考察函數發生器的技術數據時，在看到基于DDS技術的低漂移高精度儀器時，不要感到吃驚啊。?
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側欄：DDS合成器怎樣工作?
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直接數字合成器(DDS)電路是生成模擬信號的一種數字技術。整個電路從固定頻率" title="固定頻率">固定頻率時鐘操作(圖1, “時鐘信號”)，固定頻率時鐘的運行速率至少是生成的最高頻率的兩倍。?
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(在這里插入圖1)?
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在每個時鐘脈沖上，來自頻率寄存器的頻率字增加到“相位累加器" title="相位累加器">相位累加器”寄存器的內容中，新數字存儲在相位累加器中。這些器件(頻率寄存器、加法器和相位累加器)可以是非常寬的寄存器，可能擁有48 – 64位的分辨率，使用這一電路可以實現分辨率非常高的頻率控制功能。在相位累加器溢出時，將保留其余部分，計算下一個周期第一個樣點的相位。?
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來自相位累加器的低階位還作為波形內存的地址行使用。地址行表示DDS電路回放的波形的瞬時相位。它從波形內存中讀取這個相位時表示波形幅度的數據值，并傳送到數模轉換器(DAC)，數模轉換器" title="數模轉換器">數模轉換器生成與這個相位時波形幅度對應的模擬電壓。?
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波形存儲器包含要合成的一個周期的波形。在某些DDS電路中，其它形式的相位到幅度轉換器代替了波形存儲器，但對通用函數發生器，在這條電路中使用RAM可以通過改變RAM內容，合成許多不同的波形。?
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最后一個、但一個基本要素是從信號中消除取樣效應的低通濾波器。這一濾波器的設計在一定程度上要比許多合成器中的濾波器簡單，因為取樣時鐘在單一的固定頻率上運行。?