任意波发生器的研究与设计

任意波形发生器(AWG)是一种将想要产生的任意波形下载到仪器所带的存储器中，能存储实际的波形和形成这些波形所需的波形序列指令的信号发生器，改变波形数据可以产生任意波形。它不仅能产生正弦波、锯齿波、三角波等常规波形，也可以产生多种调制，如：调频、调幅、调相和脉调等。而且可以通过计算机软件实现波形的编辑，从而产生用户所需要的各种任意波形。

1 基础理论介绍
1．1 DDS的基本构造
作为任意波形发生器的一种设计方法，DDS基本构成如图1所示，主要由相位累加器、波形RAM、DAC以及低通滤波器等模块组成。首先输入频率控制字，经过相位累加器输出相位信息，波形查找表根据相位信息进行相位一幅度转换，得到的波形数据经过D／A和低通滤波后形成模拟波形信号。

输出波形频率fo和频率控制字K、相位累加器位数n和取样时钟fc的关系为：

由公式1可知，基于DDS技术的任意波形发生器输出信号的最高频率由相位累加器、波形RAM和D／A转换器三个模块工作速率决定。当存储芯片的存储深度一定，即累加器位数n一定时，输出信号频率fo由频率控制字K和采样时钟共同影响，且与这二者乘积成正比关系：
fo∝Kxfc (2)
相位累加器以频率控制字K为输入进行累加，其输出为对波形数据RAM进行采样所需的地址信号，输入和输出的速率均由时钟控制。不难理解，采样时钟fc的上限即为波形数据RAM的最高读取速率，当采用的RAM芯片最高读取频率一定时，fc的最大值已经确定，由公式(2)可知，这时要想提高fo的值，必须从K值着手。当K越大时，一个波形中被采样的点数就越少。根据奈奎斯特采样定理

即一个完整波形中至少要采样两个离散波形数据，才能保证在后续处理中完整的重现这个信号，因此K值的增大是有上限的。
采用DDS技术设计的任意波形发生器具有频率分辨率高、频率跳变时相位连续、实现方便等优点，但也存在不足。首先是当累加相位步进较大时，输出波形容易产生抖动；其次由于DDS技术只是抽取波形存储器中的部分数据，因此输出波形会产生一定的失真。