直接数字合成 (DDS)是一种生成拥有精确形状和频率的波形的技术。在函数发生器" title="函数发生器">函数发生器中使用DDS提高了这些仪器的性能，同时降低了成本。本文考察了DDS技术，介绍了在波形合成器仪器中使用DDS的优点。 

在电子设施和制造行业的许多领域，函数发生器都是有效的通用仪器。它们可以生成不同频率和幅度的大量信号，用来评估新电路的运行情况，代替时钟信号，对新产品进行制造测试，及用于许多其它用途。 

自第一部正弦波发生器问世以来，函数发生器的设计已经发生了多次演进，在当前数字领域中，大多数新型函数发生器(如新推出的Agilent 33220A)正采用一种新技术，称为直接数字合成或DDS。顾名思义，DDS在大部分操作中使用数字电路" title="数字电路">数字电路，从而提供了数字操作拥有的许多优势。信号只在合成的最后阶段转换到模拟域中，在多个方面降低了函数发生器的复杂度，提高了函数发生器的稳定性。 

从本质上看，DDS合成器是一个宽几位、以恒定的高频率运行的计数器。在溢出时，计数器可以“包围”穿过零，有一个非常大的控制字设置数器步进长度。计数器的高阶位用来寻址存储设备，这个设备保持生成的一个波形周期的数字记录。高频时钟每“嘀答”一次，计数器步进一次，将为存储器生成一个新的地址字，新的波形数据值发送到数模转换器(DAC)。DAC输出是取样的模拟波形，在从发生器输出前，模拟波形通过重建滤波器发送。 

DDS的首要优点之一是输出信号的频率精度可以达到作为发生器参考信号使用的晶体控制振荡器的水平。这个参考信号可以是晶体振荡器(XO)，或为实现更高的精度，可以是仪器本身中的温度补偿晶体振荡器(TCXO)。这些信号可以提供好于1/10^th PPM的频率精度。在许多情况下，仪器还可以把频率锁定到外部实验室频率参考源上，生成超高精度的信号。 

在许多实验室工作台上，另一部仪器如频率计数器可以提供最精确的恒温器控制的时钟振荡器，其输出参考信号可以作为DDS 函数发生器的参考信号使用。在其它高精度测量实验室中，将在每台工作台上“探测”10 MHz 标准频率参考信号，以实现这一目的。由于数字特点，DDS电路可以锁定在这一频率，提供与参考标准一样精确的信号。 

DDS的第二个优点与第一个优点相关：DDS发生器可以以非常高的精度生成频率。DDS 信号发生器的数字电路的频率精度可以实现与数字电路相同的频率精度。如果DDS电路有一个48位计数器，它可以提供高达48位的频率分辨率，或约为10-15次幂分之三，某些DDS合成器使用位数更多及分辨率更高的计数器。 

这种高分辨率意味着函数发生器能够确切地生成希望的输出频率，这还意味着发生器可以非常精确地改变频率。这特别适合在通信、海量存储和类似应用中评估定时电路。能够生成几十兆赫、分辨率为1微赫兹的DDS 发生器并不少见。 

由于这么多的波形是以数字方式生成的，因此函数发生器中的调制功能、扫描功能和突发生成功能都受到数字控制，并可以以非常高的精度进行设置并不奇怪。不仅可以精确地设置和改变频率和定时，还可以精确地设置和改变相位和幅度。 

DDS的第三个优点是如果拥有RAM波形存储器，那么函数发生器可以复现几乎任何波形。DDS 发生器通过“播放”存储器中存储的波形来运行。如果存储器是只读存储器，那么只能生成ROM中存储的波形。一般来说，每个函数发生器中都会内置正弦波、方波、三角波和类似的波形。但是假设应用要求占空比为10%的方波，或对称性为58%的三角波(而不是50%)，如果DDS电路有存储波形的RAM，那么控制器电路可以把任何波形写入RAM，并通过合成器重放波形。 

因此，函数发生器现在的功能要远远超过传统函数发生器。对称性可变的波形现在是标配功能，另外还可以内置各种不常见的波形，如指数上升和下降或正弦脉冲等等。 

把这种RAM概念再推进一步，假设您需要测试独有的某个特定波形。某些函数发生器可以把客户指定的波形加载到DDS引擎的RAM中，由合成器进行播放。这为函数发生器提供了生成“任意波形”的额外功能，即几乎任何形状的波形。这种功能特别有用，其通常得到能够从各种来源中读取波形的软件支持，包括Matlab、MathCad、Excel和类似的软件文件格式及示波器波形捕获文件。 

新的函数发生器利用了DDS的优势，能够把多台不同仪器中的功能融合到一部仪器中。基于DDS的函数发生器现在不仅执行函数发生器的功能，还执行任意波形发生器的功能。除增加ARB功能外，某些仪器还是功能强大的脉冲发生器。 

因此下次在考察函数发生器的技术数据时，在看到基于DDS技术的低漂移高精度仪器时，不要感到吃惊啊。 

侧栏：DDS合成器怎样工作 

直接数字合成器(DDS)电路是生成模拟信号的一种数字技术。整个电路从固定频率" title="固定频率">固定频率时钟操作(图1, “时钟信号”)，固定频率时钟的运行速率至少是生成的最高频率的两倍。 

(在这里插入图1) 

在每个时钟脉冲上，来自频率寄存器的频率字增加到“相位累加器" title="相位累加器">相位累加器”寄存器的内容中，新数字存储在相位累加器中。这些器件(频率寄存器、加法器和相位累加器)可以是非常宽的寄存器，可能拥有48 – 64位的分辨率，使用这一电路可以实现分辨率非常高的频率控制功能。在相位累加器溢出时，将保留其余部分，计算下一个周期第一个样点的相位。 

来自相位累加器的低阶位还作为波形内存的地址行使用。地址行表示DDS电路回放的波形的瞬时相位。它从波形内存中读取这个相位时表示波形幅度的数据值，并传送到数模转换器(DAC)，数模转换器" title="数模转换器">数模转换器生成与这个相位时波形幅度对应的模拟电压。 

波形存储器包含要合成的一个周期的波形。在某些DDS电路中，其它形式的相位到幅度转换器代替了波形存储器，但对通用函数发生器，在这条电路中使用RAM可以通过改变RAM内容，合成许多不同的波形。 

最后一个、但一个基本要素是从信号中消除取样效应的低通滤波器。这一滤波器的设计在一定程度上要比许多合成器中的滤波器简单，因为取样时钟在单一的固定频率上运行。