DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字频率合成），作为信号发生器使用，在Quartus中也叫NCO（Numerically Controlled Oscillator，数字控制振荡器），是软件无线电中的重要组成部分。

本次使用Vivado调用DDS的IP进行仿真，并尝试多种配置方式的区别，设计单通道信号发生器（固定频率）、Verilog查表法实现DDS、AM调制解调、DSB调制解调、可编程控制的信号发生器（调频调相）。

使用System parameters和Hardware parameters分别配置，对比**Standard Mode **标准模式和 Rasterized Mode栅格模式的不同，对比不同时钟下同一个配置的不同。

一、新建工程

新建工程，新建原理图BlockDesign，调用DDS的IP核，默认输出信号时域波形和相位信息。

二、DDS 配置

第一页：基础配置

1：配置选项

三种模式可选（相位发生器+sin/cos波形发生器、仅有相位发生器、仅有sin/cos波形发生器）；

2：运行时钟aclk；

100MHz工作时钟，即100MHz采样率。

3：通道个数；

设为1，单通道模式，通道的采样频率等于采样时钟100MHz，当设为多个通道时，每个通道的采样率为工作时钟/通道数，比如4通道100MHz时钟，每个通道采样率25MHz。

4：操作模式；

Standard标准模式（常用） ， 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，具体参见Xilinx的PG141第14~18页。

Standard Mode 和 Rasterized Mode在实现指定频率、幅度的信号时，输出没有太大的差别，两者均能满足要求，一般使用Standard配置方便。

主要的区别 ：

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。

5：参数选项（System parameters、Hardware parameters）

（1） System parameters

（2） Hardware parameters

6、7、8处配置系统参数System parameters，其中：

6：配置SFDR无杂散动态范围

SFDR（SpuriousFree 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；

如下图所示计算输出位宽，当使用SFDR= 96 dB，配置8处的噪声整形位None或者Dithering时，输出位宽位96/6=16位，向上取整后为16位；使用SFDR = 95 dB，95/6=15.83，向上取整为16位。

7：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；

8：配置噪声整形

4处配置成Standard标准模式时才会使用噪声整形，

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，在使用相位截断威廉希尔官方网站 时，产生随机的噪声来使得量化误差随机；

Taylor Series Correct 泰勒级数校正；

4处配置成Rasterized时，不存在相位误差，只能配置None。

For virtually all applications, the preferred implementationis the dithered DDS.

对于绝大多数的应用，首选的是带有相位抖动补偿的DDS。

相位抖动用于提高SFDR，但代价是增加底噪。

6、7两处的配置影响输出数据的位宽，可以在原理图中体现，也可以在“ Summary ”页查看，如图所示，在 100MHz 工作时钟下，1 处表示要达到0.4Hz的频率分辨率，需要输出 28 位位宽的相位（有效位宽），由AXI_Stream接口输出时，以 8 位位宽步进，所以28位有效位宽的相位信息通过高位补零达到 32 位位宽，m_axis_phase_tdata[27:0] 为有效的相位信息；2 处表示要达到 45 dB 的输出信噪比， 输出的 sin 和 cos 波形数据各自需要 8 位 ，共计需要 16 位， 其中高 8 位 m_axis_data_tdata[15:8] 表示 sin，低 8 位表示 cos ；3 处表示按上述配置的输出延时有 3 个时钟周期，需要消耗 1 个18 Kbit 的 BRAM。

9：Hardware parameters

这种模式下直接配置输出的位宽，但是具体输出对应的SFDR和频率分辨率会在Summary中体现，也可以自行计算。

第二页：具体实现

1处：相位增量是否支持可编程配置

Fixed是固定相位增量，DDS运行过程中不可更改，即对应不可变频率；

Programmable可编程，选中后出现配置接口，可在DDS运行过程中随时写入频率控制字改变输出波形的频率，用于偶尔改变频率；

Streaming应用于频繁改变频率，或者FM频率调制 ；

2处：相位偏移是否支持可编程配置

None不支持；

Fixed固定相位偏移；

Programmable可编程配置（偶尔改变）；

Streaming经常改变，应用于相位调制；

3处：输出波形选择

Sine只输出sin波形；Cosine输出cos波形；两个的位宽均为第一页设置的数据位宽， Sine and Cosine同时输出sin和cos波形，其中高位表示sin，低位表示cos，总的数据位宽加倍 ；

4处：极性选择

sin和cos波形默认使用的是有符号数，勾选相应的选项后，正负取反；

5处：幅度模式

Full Range：全精度（全范围），针对通信应用，需要最大振幅，但由于自动增益控制导致振幅的值不那么重要的场合，输出幅度接近1；

Unit Cycle：单位圆 ，用于对DDS输出振幅值要求很高的应用， 比如产生FFT旋转因子 。单位圆时，DDS输出幅值为半全量程(即取值范围为01000..(+ 0.5)。110000 . .(-0.5))。

6处：是否输出相位信息

勾选后含有相位输出通道，不勾选时只输出幅度信息M_AXIS_DATA；

7处：使用的存储资源类型

Auto由具体所需的资源决定，资源较少时使用DROM，资源多时选择BROM；DistributeROM选择分布式ROM（DROM），Block ROM选择块ROM资源（BROM）；

8处：综合优化策略

Area是面积优先，尽可能节省资源用量（LUT、FF等），Speed速度优先，尽可能提升性能；

9处：DSP48资源的使用策略

Minimal尽可能少用，节省资源，Maximal尽可能多用，提高性能；

第三页：总线配置

单通道模式下，总线的配置只包含可选的输出信号的Ready。多通道模式下，通道可选是否包含tlast等信号。

1处：输出ready信号

选中则输出的2个通道中增加tready信号（可选），根据AXI_Stream总线协议的规则， 由后级接收模块输入一个ready信号（高电平），表示已经准备好接收DDS输出，此时DDS才能输出 ；

2处：延时配置

第四页 输出频率配置

配置各通道的输出频率，在第一页中只使用了1个Channel，所以此处只能配置一个通道，直接配置输出频率，单位MHz，比如0.02MHz；

第五页：总结

资源使用较多时默认使用Block ROM，使用面积优先Area策略；单通道采样频率=时钟频率，100MHz，输出波形16 bit，高8位为sin，低8位cos。

三、仿真

按照上述配置，再配置一个2 MHz输出频率的DDS。

将输出的16位波形数据分割， 高8位表示sin正弦信号，低8位表示cos余弦信号 ，相位为锯齿状，注意若输出通道中包含了 ready信号 ，根据AXI_Stream总线的要求，外部需要给ready信号，当ready有效时，DDS才会输出，仿真中可以一直给高电平。

wire   [7:0]  sin_wave;
wire   [7:0]  cos_wave;
wire   [7:0]  sin_wave_2;
wire   [7:0]  cos_wave_2;

assign sin_wave = M_AXIS_DATA_0_tdata[15:8];
assign cos_wave = M_AXIS_DATA_0_tdata[7:0];

assign sin_wave_2 = M_AXIS_DATA_1_tdata[15:8];
assign cos_wave_2 = M_AXIS_DATA_1_tdata[7:0];