DDS（直接数字频率合成器）存在的意义

这几天采购的时候，顺手买了个小模块，回来把玩了一下，觉得好好玩～

就是一个 DDS

就是一个 DDS

可以衍生很大一部分内容，在没有这种数字器件出现之前，波形发生器可以用：

这种纯模拟的东西搓

这种纯模拟的东西搓

早就都停产了，还在卖，服了

早就都停产了，还在卖，服了

内部如此

内部如此

ICL8038 的内部核心是一个恒流充放电的振荡器；通过内部两个恒流源交替对 Pin 10 的外部定时电容进行充电和放电，电容两端的电压随时间线性上升和下降，从而直接在 Pin 3 产生三角波。

控制充放电开关的内部触发器随之翻转，在 Pin 9 产生同步的方波；产生的三角波在芯片内部经过一个非线性正弦波近似网络（由多对微型晶体管和二极管组成）进行平滑拟合，最终在 Pin 2 输出低失真度的正弦波。

说回DDS

上面也看到了，使用的时候要不停的使用各种旋钮调节，还得盯着仪器看信号到了感兴趣的没有，总之就是有些笨逼的，但是在一些低成本的地方还是可以使用的，但是只能最多 300K，这就有些拉了。

那就聊聊 DDS 存在的含义，从 9833 说起：

可以概括成一句话：

用一个稳定时钟，低成本、低功耗地长期产生频率和相位高度可控的周期信号，而不需要MCU逐点计算并不断给DAC发送数据。

这种产品是专门解决“稳定、连续、可快速调频调相的周期信号”问题。

真实的研发环境，没信号发生器得死

真实的研发环境，没信号发生器得死

当然了，设计微弱信号这一块还是得非常微弱的信号源才可以～

如果没有DDS，怎样产生正弦波？

用MCU产生正弦波，通常需要：

正弦采样表
    ↓
定时器触发
    ↓
DMA搬运
    ↓
DAC逐点输出
    ↓
低通滤波器

MCU必须保存波形数据，并按照严格时间间隔不断输出，输出频率为：

例如DAC更新率1 MSPS、每周期1000点：

想微调频率，要么改变DAC更新率，要么改变点数，还要处理：定时器分频误差，DMA缓冲，CPU资源，波形切换，相位连续性，数据抖动，多通道同步，总之为了个波形烧坏了🧠。

DDS把这些功能做进了一颗芯片

DDS内部自动完成：

外部时钟
   ↓
相位累加器
   ↓
正弦查找表
   ↓
DAC
   ↓
模拟波形

MCU只需要偶尔写一个频率字：

写完之后，DDS会自己永久运行，MCU即使不再发送数据，波形仍然持续输出。

DDS最重要的价值不是“能输出正弦波”

正弦波并不难产生，真正有价值的是下面几项。

频率分辨率高

AD9833使用28位相位累加器，25 MHz MCLK时：

输出1 MHz附近时，也能以约0.093 Hz为单位调节。（这些以后会详细解读）

如果降低MCLK到1 MHz：

普通RC振荡器、555或简单MCU定时器很难同时做到这种数字可编程精细度。

输出频率由参考时钟决定

DDS输出频率与MCLK保持严格数学关系：

只要MCLK稳定，输出频率就稳定。

例如使用高稳定度TCXO，DDS输出的所有频率都会继承这个时钟的相对准确度。

切换频率时可以保持相位连续

普通信号发生方式切换频率时，可能重新从波形表第0点开始，造成波形突然跳变；但DDS切换频率时，通常不清除相位累加器，只改变每个时钟前进的步长：

切换前：每次走10步 切换后：每次走20步 当前位置：不变

所以波形相位可以连续，只是频率发生改变。

相位可以数字控制

AD9833有12位相位控制：

可以设置：0°，90°，180°，270°，以及任意相位偏移。

几乎不占用MCU实时资源

MCU只需通过SPI发送几个16位控制字。

设置完成后：不需要持续中断；不需要DMA循环；不需要保存正弦表；不需要实时计算三角函数；不会因其他程序延迟而中断波形；所以一颗很小的MCU就能控制稳定信号源。

只是接口抽象，3 口 SPI

只是接口抽象，3 口 SPI

ADALM2000

M2K是ADI推出的一个教育工具，里面用RF的DAC做了很好的双通道任意波形发生器，功能比AD9833强，当然可以直接产生波形；但二者定位不同。

M2K虽然可以直接替代AD9833输出信号，但这样就无法研究：DDS频率字，相位累加原理，DDS杂散，MCLK穿透，输出负载能力，重建滤波器这些高级的功能。

为什么不用模拟振荡器？

模拟振荡器也能产生正弦波，例如文氏桥振荡器。

但改变频率通常需要改变：电阻，电容，开关，电位器

其频率为：

容易受到无源器件杂散参数的影响，DDS则通过写数字寄存器改变频率，重复性和自动化能力明显更好。

模拟振荡器可能有更低的宽带噪声或更纯净的波形，但DDS更适合数字控制和扫频。

DDS用处

首先可以做传感器交流激励：DDS → 传感器 → 放大器 → ADC → 同步解调（交流激励可以把测量信号从直流附近搬到噪声较低的频率，再用锁相算法恢复。）

阻抗和频率响应测量

DDS逐点扫频
    ↓
被测电路
    ↓
ADC同时测输入和输出
    ↓
计算增益与相位

得到：

后记

DDS器件存在的核心意义就是：以很低的嵌入式成本，把稳定时钟转化为频率、相位可精确编程的连续模拟激励信号。