文档介绍：第 34 卷第 5 期微电子学
2004 年 10 月 Microelectronics
一种高速低功耗直接数字频率合成器的设计与实现
郭军朝, 王森章
(上海交通大学微电子所, 上海 200030 )

摘要: 根据直接数字频率综合(DDS ) 的原理, 采用各种优化技术, 设计了一种高速低功耗直接
数字频率合成器。详细介绍了电路结构及优化方法。电路采用Xilinx 公司的Virtex 器件实现, 取得
了较好的整体性能。
关键词: 现场可编程门阵列; 频率合成器; 直接数字频率合成; 流水线结构
中图分类号: TN 74 文献标识码: A

Design and Implementation of a High -Speed Low -Power
Direct Digital Synthesizer
(Institute of Microelectronics , Shanghai Jiaotong University , Shanghai

Key words: FPGA ; Frequency synthesizer ; Digital direct synthesis ; Pipelined architecture
: 1250

Virtex 系列 FPGA 是 Xilinx 公司于 1998 年推
1 引言出的高性能器件。由于布线资源是限制 FPGA 容量
的一个主要因素, Virtex 系列的特点是高速度和大
直接数字频率合成(DDS ) 技术是从相位概念出容量(5 万门到 100 万门) , 除了工艺进步的因素外,
发, 直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。主要是由内部所含的大量层次化的布线资源所带来
它比锁相环结构具有更多的优点: 建立时间快、相位的。Virtex 系列内部主要由可编程逻辑块(CLB ) 和
可连续性变化、转换时间快、频率精度高、频带宽等。输入输出块( IOB) 构成。在二者之间的 Versa Ring
提供了额外的布线资源, 用以连接内部逻辑和外引
MA 数字蜂窝电话、宽带无线局域网、高清晰度电视脚, 同时, 使得制定引脚的布线也更容易实现。CLB
等领域, 得到广泛应用。和 IOB 的配置信息均存储在内部的静态存储器中,
虽然目前市场上各种 DDS 芯片已具有了很高这是它被称为基于 SRAM 的 FPGA 的原因。
的性能, 为电路设计者提供了多种选择, 但专用 Virtex 系列的 CLB 的基本块是 LC (Logic
DDS 芯片在灵活应用上常常与系统要求相去甚远。 Cell ) , 一个 LC 包含了一个 4 输入的查找表( 4—
采用 FPGA 器件, 设计符合自己要求的 DDS 电路 LUT ) 、进位逻辑和输出存储器。查找表的输出既送
是一个很好的解决方案。利用 FPGA 实现专用电往LC 的输出, 也送往一个D 触发器的输入。触发器
路, 不仅可以实现某些特殊功能, 而且还可以简化接的输出也是LC 的一个输出, 每两个LC 组成一个切
口和控制, 有利于提高系统的整体性能和工作可靠片, 每两个切片构成一个 CLB。每个 Virtex 系列的
性, 并为进一步实现系统集成创造条件。查找表单元除了可以产生特定