DDS（Direct Digital Synthesis，直接數字頻率合成），作為信號發生器使用，在Quartus中也叫NCO（Numerically Controlled Oscillator，數字控制振蕩器），是軟件無線電中的重要組成部分。

本次使用Vivado調用DDS的IP進行仿真，并嘗試多種配置方式的區別，設計單通道信號發生器（固定頻率）、Verilog查表法實現DDS、AM調制解調、DSB調制解調、可編程控制的信號發生器（調頻調相）。

使用System parameters和Hardware parameters分別配置，對比Standard Mode 標準模式和 Rasterized Mode柵格模式的不同，對比不同時鐘下同一個配置的不同。

一、新建工程

新建工程，新建原理圖BlockDesign，調用DDS的IP核，默認輸出信號時域波形和相位信息。

二、DDS 配置

第一頁：基礎配置

1：配置選項

三種模式可選（相位發生器+sin/cos波形發生器、僅有相位發生器、僅有sin/cos波形發生器）；

2：運行時鐘aclk；

100MHz工作時鐘，即100MHz采樣率。

3：通道個數；

設為1，單通道模式，通道的采樣頻率等于采樣時鐘100MHz，當設為多個通道時，每個通道的采樣率為工作時鐘/通道數，比如4通道100MHz時鐘，每個通道采樣率25MHz。

4：操作模式；

Standard標準模式（常用），Rasterized柵格模式。兩種情況下，輸出的頻率和頻率分辨率、相位增量等參量的計算方式不同，具體參見Xilinx的PG141第14~18頁。

Standard Mode 和 Rasterized Mode在實現指定頻率、幅度的信號時，輸出沒有太大的差別，兩者均能滿足要求，一般使用Standard配置方便。

主要的區別：

Standard模式下計算出來的相位增量可能是小數，而在FPGA中要對相位進行截斷取整，存在相位誤差，對噪聲要求較高的場合，可以使用8處的噪聲整形配置來彌補，使用相位抖動（Phase Dithering）或者泰勒級數糾正（Taylor Series Correct）來補償相位誤差；

Rasterized Mode配置下，相位增量一定是整數，不存在截斷效應，沒有Standard模式下的時間基抖動。

5：參數選項（System parameters、Hardware parameters）

（1） System parameters

（2） Hardware parameters

6、7、8處配置系統參數System parameters，其中：

6：配置SFDR無雜散動態范圍

SFDR（SpuriousFree Dynamic Range，無雜散動態范圍），對應幅度，對應M_AXIS_DATA通道，SFDR越大，用于表示幅度的數據的位寬越大；

如下圖所示計算輸出位寬，當使用SFDR= 96 dB，配置8處的噪聲整形位None或者Dithering時，輸出位寬位96/6=16位，向上取整后為16位；使用SFDR = 95 dB，95/6=15.83，向上取整為16位。

7：配置頻率分辨率

對應相位的增量配置、位寬，對應M_AXIS_PHASE通道，頻率分辨率越小，用于表示相位的數據的位寬越大；

8：配置噪聲整形

4處配置成Standard標準模式時才會使用噪聲整形，

Auto根據設計的SFDR參數自動選擇是否使用整形；

None不整形；

Phase Dithering相位抖動，在使用相位截斷技術時，產生隨機的噪聲來使得量化誤差隨機；

Taylor Series Correct 泰勒級數校正；

4處配置成Rasterized時，不存在相位誤差，只能配置None。

For virtually all applications， the preferred implementationis the dithered DDS.

對于絕大多數的應用，首選的是帶有相位抖動補償的DDS。

相位抖動用于提高SFDR，但代價是增加底噪。

6、7兩處的配置影響輸出數據的位寬，可以在原理圖中體現，也可以在“Summary”頁查看，如圖所示，在 100MHz 工作時鐘下，1 處表示要達到0.4Hz的頻率分辨率，需要輸出 28 位位寬的相位（有效位寬），由AXI_Stream接口輸出時，以 8 位位寬步進，所以28位有效位寬的相位信息通過高位補零達到 32 位位寬，m_axis_phase_tdata［27:0］ 為有效的相位信息；2 處表示要達到 45 dB 的輸出信噪比，輸出的 sin 和 cos 波形數據各自需要 8 位，共計需要 16 位，其中高 8 位 m_axis_data_tdata［15:8］ 表示 sin，低 8 位表示 cos；3 處表示按上述配置的輸出延時有 3 個時鐘周期，需要消耗 1 個18 Kbit 的 BRAM。

9：Hardware parameters

這種模式下直接配置輸出的位寬，但是具體輸出對應的SFDR和頻率分辨率會在Summary中體現，也可以自行計算。

第二頁：具體實現

1處：相位增量是否支持可編程配置

Fixed是固定相位增量，DDS運行過程中不可更改，即對應不可變頻率；

Programmable可編程，選中后出現配置接口，可在DDS運行過程中隨時寫入頻率控制字改變輸出波形的頻率，用于偶爾改變頻率；

Streaming應用于頻繁改變頻率，或者FM頻率調制；

2處：相位偏移是否支持可編程配置

None不支持；

Fixed固定相位偏移；

Programmable可編程配置（偶爾改變）；

Streaming經常改變，應用于相位調制；

3處：輸出波形選擇

Sine只輸出sin波形；Cosine輸出cos波形；兩個的位寬均為第一頁設置的數據位寬，Sine and Cosine同時輸出sin和cos波形，其中高位表示sin，低位表示cos，總的數據位寬加倍；

4處：極性選擇

sin和cos波形默認使用的是有符號數，勾選相應的選項后，正負取反；

5處：幅度模式

Full Range：全精度（全范圍），針對通信應用，需要最大振幅，但由于自動增益控制導致振幅的值不那么重要的場合，輸出幅度接近1；

Unit Cycle：單位圓，用于對DDS輸出振幅值要求很高的應用，比如產生FFT旋轉因子。單位圓時，DDS輸出幅值為半全量程（即取值范圍為01000.。（+ 0.5）。110000 。 .（-0.5））。

6處：是否輸出相位信息

勾選后含有相位輸出通道，不勾選時只輸出幅度信息M_AXIS_DATA；

7處：使用的存儲資源類型

Auto由具體所需的資源決定，資源較少時使用DROM，資源多時選擇BROM；DistributeROM選擇分布式ROM（DROM），Block ROM選擇塊ROM資源（BROM）；

8處：綜合優化策略

Area是面積優先，盡可能節省資源用量（LUT、FF等），Speed速度優先，盡可能提升性能；

9處：DSP48資源的使用策略

Minimal盡可能少用，節省資源，Maximal盡可能多用，提高性能；

第三頁：總線配置

單通道模式下，總線的配置只包含可選的輸出信號的Ready。多通道模式下，通道可選是否包含tlast等信號。

1處：輸出ready信號

選中則輸出的2個通道中增加tready信號（可選），根據AXI_Stream總線協議的規則，由后級接收模塊輸入一個ready信號（高電平），表示已經準備好接收DDS輸出，此時DDS才能輸出；

2處：延時配置

第四頁 輸出頻率配置

配置各通道的輸出頻率，在第一頁中只使用了1個Channel，所以此處只能配置一個通道，直接配置輸出頻率，單位MHz，比如0.02MHz；

第五頁：總結

資源使用較多時默認使用Block ROM，使用面積優先Area策略；單通道采樣頻率=時鐘頻率，100MHz，輸出波形16 bit，高8位為sin，低8位cos。

三、仿真

按照上述配置，再配置一個2 MHz輸出頻率的DDS。

將輸出的16位波形數據分割，高8位表示sin正弦信號，低8位表示cos余弦信號，相位為鋸齒狀，注意若輸出通道中包含了ready信號，根據AXI_Stream總線的要求，外部需要給ready信號，當ready有效時，DDS才會輸出，仿真中可以一直給高電平。

wire ［7:0］ sin_wave; wire ［7:0］ cos_wave; wire ［7:0］ sin_wave_2; wire ［7:0］ cos_wave_2; assign sin_wave = M_AXIS_DATA_0_tdata［15:8］; assign cos_wave = M_AXIS_DATA_0_tdata［7:0］; assign sin_wave_2 = M_AXIS_DATA_1_tdata［15:8］; assign cos_wave_2 = M_AXIS_DATA_1_tdata［7:0］;

編輯：lyn