直接数字合成

直接数字合成（DDS）是频率合成器采用的一种方法，用于从单个固定频率的参考时钟创建任意波形。

DDS被用于信号生成、通信系统中的本地振荡器、函数发生器、混频器、调制器、声音合成器等应用，并作为数字锁相环的一部分。

一个基本的直接数字合成器包括一个频率基准（通常是晶体或声表面波振荡器），一个数字控制振荡器（NCO）和一个数模转换器（DAC），如图1所示。参考振荡器为系统提供一个稳定的时基，并决定了DDS的频率精度。

它为NCO提供时钟，NCO在其输出端产生所需输出波形的离散时间、量化版本（通常为正弦波），其周期由频率控制寄存器中的数字字控制。

采样的数字波形被DAC转换为模拟波形。输出重建滤波器拒绝模拟转换过程中固有的零阶保持所产生的频谱复制。

DDS比它的模拟对应物锁相环（PLL）有许多优点，包括更好的频率灵活性，改进的相位噪声，以及在频率切换过渡期对输出相位的精确控制。缺点包括主要由NCO的截断效应引起的假响应，由高阶（>1）Nyquist图像引起的交叉尖刺，以及主要由数模转换器引起的大频率偏移时的较高本底噪声。

因为DDS是一个采样系统，除了在输出频率Fout的理想波形外，还产生了奈奎斯特图像（主要图像在Fclk-Fout，其中Fclk是参考时钟频率）。

为了拒绝这些不想要的图像，DDS通常与模拟重建低通滤波器一起使用，如图1所示。

DDS的输出频率由存储在频率控制寄存器（FCR）中的值决定（见图1），它反过来控制NCO的相位累加器步长。由于NCO工作在离散时间域，它在与FCR中存储的数值变化相吻合的时钟边缘瞬间改变频率。

DDS输出频率的稳定时间主要由重建滤波器的相位响应决定。一个理想的具有线性相位响应的重建滤波器（意味着输出只是输入信号的延迟版本）将允许在其输出上有瞬时的频率响应，因为线性系统不能产生不存在于其输入的频率。

相位噪声和抖动DDS优越的近距离相位噪声性能源于它是一个前馈系统的事实。

在传统的锁相环(PLL)中，反馈路径中的分频器作用于参考振荡器的相位噪声，并在PLL环路带宽内，将这种多余的噪声加到VCO输出上。

另一方面，DDS减少了参考时钟的相位噪声，其比率为{displaystylef_{clk}/f_{o}}因为它的输出是通过时钟的小数点分割得到的。

因为它的输出是通过对时钟进行小数点划分而得到的。参考时钟抖动直接转化为输出，但这种抖动在输出周期中的百分比较小（按上述比例）。

由于xxx输出频率被限制为{displaystylef_{clk}/2}，因此在近距离偏移时的输出相位噪声总是至少比参考时钟相位噪声低6dB。

在近距离偏移时，输出相位噪声总是低于参考时钟相位噪声至少6dB。

在远离载波的偏移处，DDS的相位噪声本底是由DAC量化噪声本底和参考时钟相位噪声本底的功率之和决定。