?在深入探討新型DDS（Direct Digital Synthesis，直接數(shù)字合成） 模式的各項(xiàng)特性之前，我們先回顧德思特 Spectrum 信號(hào)發(fā)生器設(shè)備傳統(tǒng)上運(yùn)行的任意波形發(fā)生器 (AWG)模式。

01 傳統(tǒng)AWG模式

在傳統(tǒng) AWG 模式下，用戶需預(yù)先計(jì)算所需輸出波形的每一個(gè)樣本點(diǎn)，并將其上傳至 AWG 的板載內(nèi)存。隨后，根據(jù)所選子模式（如標(biāo)準(zhǔn)重放、FIFO 或序列模式），這些數(shù)據(jù)可被一次性播放、循環(huán)播放或以連續(xù)流方式輸出。理論上可生成任意類型的波形，靈活性極高，適用于多種復(fù)雜應(yīng)用場景。

★內(nèi)存與采樣率需求

為支持高采樣率下的長序列波形存儲(chǔ)，AWG 需配備大容量板載內(nèi)存。例如：M5i.63系列 AWG 卡

最大采樣頻率：10 Gs/s

最大板載內(nèi)存：8GS

以10GS/s采樣率可存儲(chǔ)超過800ms的超高速波形數(shù)據(jù)

★高速數(shù)據(jù)傳輸支持

所有德思特 Spectrum AWG 卡均配備高速 PCIe 接口，可實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)十億字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸，確保連續(xù)波形流的穩(wěn)定供給。

為減輕 CPU 計(jì)算壓力，系統(tǒng)還支持SCAPP 選項(xiàng)，可利用NVIDIA CUDA GPU 加速器實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)處理。

★工作模式詳解

在流式 FIFO 模式下，板上內(nèi)存用作輸入數(shù)據(jù)的 FIFO 緩沖區(qū)。這可以補(bǔ)償用戶應(yīng)用程序暫時(shí)停滯導(dǎo)致的事件，從而使流式傳輸非常可靠。然而，緩沖區(qū)也會(huì)引入延遲，這在某些應(yīng)用中可能不利，例如閉環(huán)反饋系統(tǒng)和通用控制系統(tǒng)。

為了更快地響應(yīng)并減少數(shù)據(jù)傳輸，AWG 具有序列模式，其中可以以可配置的順序循環(huán)不同的預(yù)存儲(chǔ)序列，并且可以根據(jù)外部觸發(fā)輸入觸發(fā)序列之間的切換。

然而，序列模式仍然使用一個(gè)小型 FIFO 緩沖區(qū)。因此，如果在外部輸入上觸發(fā)序列更改，則 FIFO緩沖區(qū)中的舊數(shù)據(jù)仍然需要傳輸?shù)捷敵觯⑶矣捎?FIFO 緩沖區(qū)中舊數(shù)據(jù)的數(shù)量變化，它也可能導(dǎo)致特定模式和使用案例的動(dòng)態(tài)行為中存在不確定性。

02 DDS模式

當(dāng)應(yīng)用僅需生成正弦信號(hào)時(shí)，可啟用全新的DDS 模式。該模式利用 FPGA 硬件直接在卡上實(shí)時(shí)生成連續(xù)正弦波，用戶只需設(shè)置頻率、幅度和初始相位即可。

★什么是DDS？

示例 1：如果您只想生成一個(gè) 100 MHz 和 90% 幅度（DAC 滿量程范圍的）連續(xù)正弦波，則只需使用 DDS 模式向卡發(fā)送 3 個(gè)特定命令：

★DDS 模式有哪些優(yōu)勢？

? 計(jì)算任務(wù)下放至硬件

波形樣本生成由 AWG 卡上的 FPGA 實(shí)時(shí)完成，大幅降低主機(jī) CPU 負(fù)擔(dān)。

? 極低的數(shù)據(jù)傳輸量

僅需發(fā)送“參數(shù)變更”指令（如頻率跳變），無需傳輸完整波形數(shù)據(jù)，顯著減少通信開銷。

? 低延遲與高響應(yīng)性

由于無需填充大型 FIFO 緩沖區(qū)，響應(yīng)延遲更小，特別適合：

閉環(huán)反饋系統(tǒng)

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

快速跳頻應(yīng)用

? 確定性響應(yīng)與相位連續(xù)性

外部觸發(fā)事件可實(shí)現(xiàn)確定性延遲響應(yīng)

保證信號(hào)在跳變時(shí)相位連續(xù)，避免突變引起的干擾

? 編程簡化

提供高級(jí)命令接口（如 set_frequency()、set_amplitude()），無需手動(dòng)計(jì)算波形樣本

降低開發(fā)復(fù)雜度，減少出錯(cuò)概率

DDS 模式有哪些劣勢？

? 僅適用于周期性正弦信號(hào)

雖可近似其他波形（如方波、三角波），但精度有限

建議：若需復(fù)雜非正弦波形，仍應(yīng)使用傳統(tǒng) AWG 模式

? 觸發(fā)抖動(dòng)較高

在 1.25 GS/s 采樣率下：

DDS 模式：觸發(fā)到輸出抖動(dòng) ≈ 6.6 ns

標(biāo)準(zhǔn)重放模式：抖動(dòng) ≈ 800 ps（即 0.8 ns，僅一個(gè)樣本周期）

因此，DDS 的觸發(fā)抖動(dòng)約為標(biāo)準(zhǔn)模式的 8 倍。對(duì)于對(duì)觸發(fā)時(shí)序精度要求極高的應(yīng)用（如精密測量、同步系統(tǒng)），需權(quán)衡 DDS 的便利性與抖動(dòng)性能。

★總結(jié)

若需高精度、復(fù)雜波形→ 選用 AWG 模式

若需高效、連續(xù)正弦信號(hào)與快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)→ 推薦使用 DDS 模式

本期我們探討了傳統(tǒng)的任意波形發(fā)生器（AWG）模式，介紹了直接數(shù)字頻率合成（DDS）模式，并對(duì)兩者進(jìn)行了比較分析。

下期我們將深入解析DDS模式，重點(diǎn)聚焦多音信號(hào)的生成原理與應(yīng)用以及如何靈活調(diào)整DDS的關(guān)鍵設(shè)置參數(shù)。敬請(qǐng)期待，干貨滿滿！

?審核編輯 黃宇