導言
本文探討了訊號產生器（如函數產生器和任意函數產生器（AFG））如何輸出所需的類比訊號以及一些訊號產生器如何使用直接數位合成（DDS）技術以在精確頻率上輸出訊號的基礎 知識和理論。 文章討論了使訊號源能夠實現亞赫茲級訊號生成精度的元件和技術。
工作原理
使用DDS的訊號產生器透過獨特的記憶體存取和時脈機制產生精確頻率的訊號，與傳統的依照波形儲存順序逐一輸出每個樣本的方法不同。 任意波形產生器（AWG）使用傳統的訊號產生方法。 AWG可以產生複雜的使用者定義波形，但在產生波形的頻率精確度上受到限制。 這是因為波形必須從AWG的記憶體逐點產生，並且控制產生每個點之間的時間的取樣時脈具有有限數量的頻率。
使用DDS的函數產生器和AFG在記憶體中儲存了一個週期波形的大量點。 DDS技術賦予了函數產生器或AFG從記憶體中選擇要輸出的樣本的能力。 由於函數產生器或AFG不限於選擇波形中的下一個樣本，因此它可以以精確的頻率產生訊號。 圖1以圖形方式表示了函數產生器或AFG如何產生21MHz正弦波，這不是100MHz取樣時脈的整數分頻。 然而，100MHz取樣時脈仍驅動DAC輸出的更新速率；因此，取樣時脈速度越快，所建立的訊號形狀越準確。
功能概述
DDS實作需要三個主要的硬體建構塊：（a）取樣時鐘，（b）相位累加器和（c）查找表，這是可程式唯讀記憶體的一種實作。 圖2顯示了從硬體塊到硬體塊的高階流程。
a. 取樣時鐘
取樣或參考時脈用於建立頻率調諧字，更新相位累加器的值並驅動數位到類比的轉換。 取樣時脈決定何時由DAC輸出一個樣本，但它並未直接決定輸出訊號的頻率。
b. 相位累加器
相位累加器是允許函數產生器或AFG以精確頻率輸出的組件集合。 為了創建精確頻率的訊號，相位累加器使用三個一般組件。 首先，相位累加器使用調諧字來指定訊號的頻率。 調諧字是一個24到48位元的數字字，指定了在波形記憶體中跳過多少個樣本。 第二個組件，加法器，將調諧字與相位暫存器餘數相加。 這個新的數字值被輸出到相位暫存器。 相位累加器的最後一個元件，相位暫存器，接受新的數字字並用它來指定下一個樣本點在查找表中的記憶體位址。 相位暫存器將未在查找表記憶體位址中使用的其餘最高位元提供回加法器，以確保隨著時間的推移頻率精度。
c. 查找表
相位寄存器的輸出在隨時間增加的記憶體位址上看起來只像一個數位斜坡，這是由調諧字指定的速率改變的。 因此，為了輸出所需的波形，相位暫存器的輸出指向查找表中所需的波形樣本位址。 然後，查找表提供所提供記憶體位址處的數字字，這是DAC產生所需振幅和相位的數字字。
DDS架構的主要優點之一是頻率的靈活性，即能夠非常快速地改變波形的頻率並連續調整相位。 使用DDS的AFG可以非常快速地改變波形的頻率，因為只需更改調諧字即可改變波形的頻率。
常見應用
如上所述，DDS技術提供了兩個主要優點。 DDS技術的一個主要優點是產生訊號的頻率準確性。 這個能力為極其精確的元件測試打開了大門，因為您可以依賴函數產生器或AFG創建的訊號的頻率準確性。
DDS技術的第二個主要優點是能夠非常快速地改變產生訊號的頻率並連續調整相位。 這允許在特定範圍內進行更有效的元件測試，因為您可以快速實施頻率變化，並透過將提供給待測設備的訊號的極限來對設備進行壓力測試。
一個AFG使用DDS技術非常有價值的具體範例是準確的濾波器特性化。 只有如果提供給濾波器的訊號由AFG精確生成，並且由示波器準確測量濾波訊號，濾波器的特性化才是準確的。 圖3代表了濾波器特性化的典型測試設定。
總結
不使用DDS技術的訊號產生器透過以取樣時脈的頻率逐點輸出儲存的波形。
使用DDS技術的訊號產生器可以以極高的頻率精度產生許多頻率的周期波形，這是由於其獨特的記憶體存取和時脈機制。
DDS技術是透過三個較高層級的硬體區塊實施的：取樣時脈、相位累加器和查找表。
取樣時脈建立頻率調諧字，更新相位累加器的值並驅動DAC輸出速率。
相位累加器以調諧字作為輸入，提供下一個要在查找表中輸出的樣本的數位記憶體位址。
查找表將週期波形儲存為數位樣本。 查找表從相位累加器取得記憶體位址，並在DAC提供的記憶體位址處提供數位波形樣本。
對於需要精確的頻率產生或頻率靈活性的應用，應使用具有DDS技術的訊號產生器。
對於需要極大、複雜和使用者定義波形的應用，最好使用任意波形產生器而不是DDS技術的任意函數產生器。