Vivado IP 核 DDS 配置与原理详解

直接数字合成器（DDS）或数控振荡器（NCO）是许多数字通信系统的重要组成部分。正交合成器用于构建数字下行和上行转换器和解调器，并实现各种类型的调制方案，包括 PSK（相移键控）、FSK（频移键控）和 MSK（最小移位键控）。

数字生成复值或实值正弦波的常用方法是采用查找表方案。查找表存储正弦波的样本，数字积分器用于生成合适的相位参数，该参数由查找表映射到所需的输出波形。简单的用户界面可接受系统级参数，如所需的输出频率和生成波形的杂散抑制。

模式配置

Phase Generator

相位发生器由一个累加器和一个可选的加法器组成，用于添加相位偏移。在定制内核时，相位增量（PINC）和相位偏移（POFF）可独立配置为固定、可编程（使用 CONFIG 通道）或流式（使用输入 PHASE 通道）。

SIN/COS LUT

当仅配置为正弦/余弦 LUT 时，不执行相位发生器，PHASE_IN 信号使用输入 PHASE 通道输入，并使用查找表转换为正弦和余弦输出。通过利用正弦波形的对称性，实现了高效的内存使用。内核可配置为仅正弦输出、仅余弦输出或两者（正交）输出。每个输出可独立配置为负输出。使用可选的泰勒级数校正功能可提高精度，利用支持 DSP 片的 FPGA 系列实现高速运行下的高 SFDR。

Phase Generator and SIN/COS LUT (DDS)

相位发生器与 SIN/COS LUT 配合使用，可提供相位截断 DDS 或泰勒级校正 DDS。可在这两个模块之间添加一个可选的抖动发生器，以提供相位抖动 DDS。

系统设置

System Clock (MHz) 系统时钟：50MHz 工作时钟，即 50MHz 采样率。
Number of Channels 通道数量：设为 1，单通道模式，通道的采样频率等于采样时钟 50MHz。如果设置多通道模式，那么每个通道的频率为 50MHz/N，N 为通道数量。
Mode of Operation 模式：Standard 标准模式，Rasterized 栅格模式。两种情况下，输出的频率和频率分辨率、相位增量等参量的计算方式不同。
- Standard 模式下计算出来的相位增量可能是小数，而在 FPGA 中要对相位进行截断取整，存在相位误差，对噪声要求较高的场合，可以使用 8 处的噪声整形配置来弥补，使用相位抖动（Phase Dithering）或者泰勒级数纠正（Taylor Series Correct）来补偿相位误差。
- Rasterized Mode 配置下，相位增量一定是整数，不存在截断效应，没有 Standard 模式下的时间基抖动。

一般情况下，多选择 Standard 标准模式。

system Parameters 系统参数：包括 System parameters 和 Hardware parameters。一般设置 System parameters。

系统参数

Spurious Free Dynamic Range 无杂散动态范围：对应幅度，对应 M_AXIS_DATA 通道，SFDR 越大，用于表示幅度的数据的位宽越大。
Frequency Resolution 配置频率分辨率：对应相位的增量配置、位宽，对应 M_AXIS_PHASE 通道，频率分辨率越小，用于表示相位的数据的位宽越大。
Noise Shape 噪声整形：
- Auto：根据设计的 SFDR 参数自动选择是否使用整形。
- None：不整形。
- Phase Dithering：相位抖动，在使用相位截断技术时，产生随机的噪声来使得量化误差随机。
Phase Increment Programmability（相位增量可编程性）：
- Fixed（固定）：相位增量为常数，输出频率不可动态调整。
- Programmable（可编程）：相位增量可通过外部接口实时修改，实现动态调频（最常用）。
- Streaming（流式）：相位增量以数据流形式持续输入，适合高速连续频率变化。
Resync（重同步）：勾选后，当参数更新时自动插入重同步周期，使相位平滑过渡，避免信号出现相位跳变，适用于对相位连续性要求高的应用。